Papirtynd superkondensator har højere kapacitans, når den er snoet end enhver ikke-snoet superkondensator

(PhysOrg.com) -- I et forsøg på at udvikle bærbar elektronik, forskere har designet en ny ultratynd superkondensator, der har en kapacitans, der er seks gange højere end enhver nuværende kommerciel superkondensator. Hvad mere er, den nye superkondensator blev testet i en snoet tilstand for at demonstrere dens gode elektrokemiske egenskaber med høj fleksibilitet.

Forskerne, Chuizhou Meng, et al., fra Tsinghua-Foxconn Nanotechnology Research Center ved Tsinghua University i Beijing har offentliggjort deres resultater i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Som forskerne forklarer, bærbare elektroniske enheder bliver stadig mere små og fleksible. Imidlertid, energiledelseskomponenterne - f.eks. batterier og superkondensatorer - har en tendens til at halte bagefter de andre komponenter, når det kommer til lille størrelse og fleksibilitet. Specifikt, superkondensatorer er begrænset af deres konventionelle konfiguration, som er en separator klemt mellem to elektroder forseglet i flydende elektrolyt. De to store ulemper ved denne konfiguration er, at den flydende elektrolyt kræver sikkerhedsindkapslingsmaterialer for at forhindre lækage, og de mange dele af systemet, der bevæger sig i forhold til hinanden, reducerer enhedens ydeevne og cykluslevetid.

I et forsøg på at designe en energilagringsenhed, der er mindre og mere fleksibel end tidligere enheder, forskerne vendte sig mod kulstofbaserede materialer. Ved at bruge to let adskilte elektroder lavet af polyanilin (en ledende polymer) og carbon nanorør, og størkne dem i en gelpolymer faststofelektrolyt (der samtidig virker som en separator), forskerne kunne fremstille en meget fleksibel superkondensator, der var lige så tynd som et standard stykke papir. De nye materialer og ingen bevægelige dele gjorde det muligt for forskerne at overvinde problemerne med den konventionelle konfiguration, og yderligere reducere størrelsen og øge fleksibiliteten af ​​enheden.

"Vi designet innovativt mikrostrukturen og optimerede konfigurationen af ​​vores superkondensatorer for effektivt at udnytte hver nødvendig komponent fuldt ud, ” fortalte medforfatter Changhong Liu til PhysOrg.com. "Vi undlod tungmetalstrømaftagere og omfangsrig indkapsling af konventionelle superkondensatorer. Her, kulstof nanorør dannede et godt elektrisk ledende netværk, polyanilin gav ekstremt stor pseudocapacitans, og det ultratynde mellemste gelpolymerelektrolytlag fungerede samtidigt som en separator. Samlet set, enhederne er meget fleksible og papirlignende."

I test, forskerne viste, at den nye superkondensator har en kapacitans på 31,4 F/g, når den er snoet, sammenlignet med 5,2 F/g for nuværende kommercielle superkondensatorer. Den nye superkondensator viste også overlegne egenskaber på andre områder, såsom høj effekttæthed, lav lækstrøm, og lang levetid. Forskerne forudser, at disse egenskaber kan forbedres yderligere ved at optimere enhedens materialer og struktur, ved at forkorte afstanden mellem elektroderne.

"Så vidt vi ved, denne fleksible papirlignende superkondensator har meget højere specifik kapacitans end nuværende konventionelle kommercielle på højt niveau, " sagde Liu, tilføjede, at forskerne ikke kunne garantere, at de var opmærksomme på enhver kommerciel enhed.

Forskerne viste også, hvordan tre snoede superkondensatorer forbundet i serie kunne bruges til at tænde en rød LED. Efter 15 minutters opladning ved 2,5 V, de sammenrullede superkondensatorer tændte LED'en i næsten 30 minutter. På grund af dens høje kapacitans og fleksibilitet, der overgår nuværende kommercielle superkondensatorer, den nye superkondensator skulle være attraktiv til brug i bærbar elektronik, et område, som stadig kun begynder at blive udforsket.

"Vi tror, ​​at denne lette og fleksible energilagringsenhed vil have et stort anvendelsespotentiale i fremtidens bærbare elektronik, " sagde Liu. "For eksempel, indbygget med fleksibel skærmteknologi, det vil gøre en fleksibel elektronisk bog virkelig papirlignende, ved at spare meget vægt og plads. Og i fremtiden, når fleksible integrerede kredsløb i stor skala bliver til virkelighed, en let og fleksibel notebook-computer forventes meget."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.