Fleksibel, semitransparent strømkilde lavet med en ny kamtænderstruktur

(Phys.org) — De fleste batterier, superkondensatorer, og andre energilagringsenheder er baseret på en sandwichstruktur, hvor to elektroder vender mod hinanden og ladningen flyder imellem dem. Imidlertid, når disse strukturer er foldet eller bøjet, elektroderne kan let knække, eller enheden kan kortslutte, hvis elektroderne kommer i direkte kontakt. I en ny undersøgelse, forskere har fundet frem til et nyt design til energilagringsenheder, der er både fleksibelt og semitransparent, hvor elektroderne er fremstillet i det samme todimensionelle plan i en ny kamtænderstruktur.

Forskerne, Heng Li, et al., fra School of Physics ved Peking University i Kina, har offentliggjort deres papir om den nye struktur for fleksible og semitransparente elektrokemiske anordninger i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Som forskerne forklarer, nøglen til at opnå enhedens fleksibilitet og semi-gennemsigtighed er elektrodekam-tændernes mønster. Forskerne viste, at de nye strukturer kan modstå mange cyklusser af bøjning og genbøjning - og endda vikles rundt om en pen - mens de bevarer næsten alle deres gode ydeevne. Strukturerne kræver ikke afstandsstykker som dem, der bruges af nogle sandwich-strukturenheder for at forhindre kortslutning. I stedet, de nye strukturer kan let bøjes, fordi der er naturligt tomt mellemrum mellem to tilstødende kamtandområder.

Designet egner sig også til semitransparens, fordi størrelserne på elektrodekam-tænderne er mindre end 100 μm, som er opløsningsgrænsen for det blotte øje. Ved hjælp af fotolitografi, forskerne kunne fremstille kamtænder med bredder på 40-60 μm, giver god lysindtrængning.

Selvom andre gennemsigtige, fleksible energilagringsenheder er tidligere blevet demonstreret, disse designs kræver generelt komplekse og dyre processer og er ikke universelle for andre energienhedssystemer. I modsætning, de nye kamtandstrukturer kan fremstilles med enkle metoder og kan integreres med andre elektroniske systemer.

"I de seneste år, fleksibel elektronik er blevet et hotspot, og der har været en eksplosion af originaliteter og ideer i området, " fortalte medforfatter Dapeng Yu ved Peking University Phys.org . Han forklarede, at ideen til designet stammer fra en undersøgelse, som han og nogle af de andre forfattere offentliggjorde sidste år om solceller lavet med trådelektroder.

"De elektrokemiske energienheder (de kan forstås som batterier eller celler) består af to fibre (den ene er anode, den anden er katode) er meget bøjelige, " sagde Yu. "Vi blev inspireret af ideen, og forsøgte at integrere de fiberlignende elektroder sammen for at fremstille en plan enhed.

Som vi ved, der er nogle lignende designs i dette område. For eksempel, den interdigitale struktur anvendes på superkondensatorer, men de er alle fremstillet på stive og uigennemsigtige underlag som silicium. Derfor, de kan ikke realisere enhedens gennemsigtighed og fleksibilitet."

Her, forskerne demonstrerede den nye kam-tænder-struktur ved at fremstille farve-sensibiliserede solceller og superkondensatorer baseret på det nye design. Den fleksible, semitransparente solceller kunne en dag have applikationer i smarte vinduer, bygningsintegreret solcelle, og integrerede fotovoltaiske opladere til bærbar elektronik. Superkondensatorerne kan også have en række forskellige anvendelser, herunder til næste generation af alt-i-én gennemsigtige og bærbare elektroniske systemer.

Ud over farvesensibiliserede solceller og superkondensatorer, kamtændernes design kan også udvides til andre elektrokemiske systemer såsom alkaliske batterier, kvanteprik solceller, og andre energilagrings- og genereringsanordninger.

"Teoretisk set, kamtændernes struktur kan anvendes på næsten alle slags elektrokemiske anordninger, " sagde medforfatter Qing Zhao ved Peking Universitet. "Men, fremstillingsprocessen skal redesignes til individuelle elektrokemiske materialer. Og vi planlægger at udvikle flere slags fleksible og semitransparente batterier eller celler ved at bruge det plane strukturdesign. På den anden side, effektiviteten af ​​disse fleksible og gennemsigtige enheder er lidt lavere end traditionelle enheder nu, og vi ønsker at forbedre deres præstationer i fremtiden."

Copyright 2013 Phys.org
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra Phys.org.