Super strækbar, superkomprimerbare superkondensatorer

Fleksibel, bærbar elektronik kræver lige så fleksibel, bærbare strømkilder. I journalen Angewandte Chemie , Kinesiske videnskabsmænd har introduceret en ekstraordinært strækbar og komprimerbar polyelektrolyt, som, i kombination med carbon nanorør komposit papir elektroder, danner en superkondensator, der kan strækkes til 1000 procent i længden og komprimeres til 50 procent i tykkelse med jævn forstærkning, ikke miste kapacitet.

Superkondensatorer bygger bro mellem batterierne, som kun er energilagre enheder, og normale kondensatorer, som frigiver og optager elektrisk energi meget hurtigt, men ikke kan lagre så meget energi. Med deres evne til at oplade og frigive store mængder elektrisk strøm på meget kort tid, superkondensatorer bruges fortrinsvis til regenerativ bremsning, som strømbuffere i vindmøller, og, i stigende grad, inden for forbrugerelektronik såsom bærbare computere og digitale kameraer. For at gøre superkondensatorer egnede til fremtidige elektriske krav som, for eksempel, wearables og papirelektronik, Chunyi Zhi fra City University of Hong Kong og hans kolleger søger efter måder at give dem mekanisk fleksibilitet. Det kan opnås med et nyt elektrolytmateriale:de udviklede en polyelektrolyt, der kan strækkes mere end 10 gange sin længde og komprimeres til halvdelen af ​​sin tykkelse, hvilket bevarer fuld funktionalitet, uden brud, revner, eller anden beskadigelse af dets materiale.

Elektrolytter i superkondensatorer er ofte baseret på polyvinylalkoholgeler. For at gøre sådanne geler mekanisk mere fleksible, elastiske komponenter som gummi eller fibre skal tilføjes. Zhis nye elektrolyt er baseret på et andet princip:Den er sammensat af en polyacrylamid (PAM) hydrogel forstærket med vinylfunktionaliserede silicananopartikler (VSPN'er). Dette materiale er både meget strækbart takket være tværbindingerne af vinyl-silica nanopartikler og meget ledende takket være arten af ​​polyelektrolytten, som svulmer med vand og både holder og overfører ioner. "VSNPs tværbindere tjener som stressbuffere til at sprede energi og homogenisere PAM-netværket. Disse synergistiske effekter er ansvarlige for den iboende super-strækbarhed og komprimerbarhed af vores superkondensator, " siger Zhi.

For at samle en fungerende superkondensator med denne polyelektrolyt, to identiske carbon nanorør kompositpapir elektroder blev direkte brolagt på hver side af den forstrakte polyelektrolytfilm. Ved frigivelse, en bølget, harmonika-lignende struktur udviklet, viser overraskende elektrokemisk adfærd. "Den elektrokemiske ydeevne bliver forbedret med øget belastning, " fandt forskerne ud af. Og belastningen var enorm, superkondensatoren holdt 1000 procent stræk og 50 procent kompression ved endnu højere eller samme kapacitet. Denne fleksibilitet gør denne polyelektrolyt meget attraktiv for nye udviklinger, herunder bærbar elektronik.