Fleksibelt batteri, ikke nødvendigt med lithium

(Phys.org) —Et Rice University laboratorium har fleksible, bærbar og bærbar elektronik i sigtekornet med skabelsen af ​​en tynd film til energilagring.

Riskemiker James Tour og hans kolleger har udviklet et fleksibelt materiale med nanoporøse nikkel-fluorid-elektroder lagdelt rundt om en solid elektrolyt for at levere batterilignende superkondensatorydelse, der kombinerer de bedste kvaliteter fra et højenergibatteri og en højeffekts superkondensator uden lithium. findes i kommercielle batterier i dag.

Det nye arbejde af kemikeren James Tours Rice-lab er detaljeret beskrevet i Journal of the American Chemical Society .

Deres elektrokemiske kondensator er omkring en hundrededel tomme tyk, men kan skaleres op til enheder enten ved at øge størrelsen eller tilføje lag, sagde Rice postdoc-forsker Yang Yang, co-lead forfatter af papiret med kandidatstuderende Gedeng Ruan. De forventer, at standard fremstillingsteknikker kan tillade, at batteriet bliver endnu tyndere.

I test, eleverne fandt, at deres kvadrattomme enhed holdt 76 procent af dens kapacitet over 10, 000 opladnings-afladningscyklusser og 1, 000 bukkecyklusser.

Tour sagde, at holdet satte sig for at finde et materiale, der har de fleksible kvaliteter af grafen, kulstof nanorør og ledende polymerer, mens de besidder meget højere elektrisk lagringskapacitet, der typisk findes i uorganiske metalforbindelser. Uorganiske forbindelser har, indtil for nylig, manglede fleksibilitet, han sagde.

"Det er ikke let at gøre, fordi materialer med så høj kapacitet normalt er sprøde, " sagde han. "Og vi har haft det rigtig godt, fleksible kulstoflagringssystemer i fortiden, men kulstof som materiale har aldrig ramt den teoretiske værdi, der kan findes i uorganiske systemer, og især nikkelfluorid."

"Sammenlignet med en lithium-ion enhed, strukturen er ret enkel og sikker, " sagde Yang. "Det opfører sig som et batteri, men strukturen er som en superkondensator. Hvis vi bruger det som en superkondensator, vi kan oplade hurtigt med en høj strømhastighed og aflade den på meget kort tid. Men for andre applikationer, vi finder ud af, at vi kan indstille det til at oplade langsommere og til at aflade langsomt som et batteri."

For at oprette batteriet/superkondensatoren, holdet lagde et nikkellag på en bagside. De ætsede det for at skabe 5 nanometer porer i det 900 nanometer tykke nikkelfluoridlag, giver det et stort overfladeareal til opbevaring. Når de fjernede bagsiden, de klemte elektroderne omkring en elektrolyt af kaliumhydroxid i polyvinylalkohol. Test fandt ingen nedbrydning af porestrukturen selv efter 10, 000 opladnings-/genopladningscyklusser. Forskerne fandt heller ingen signifikant nedbrydning af elektrode-elektrolyt-grænsefladen.

"Tallene er overordentlig høje i den kraft, den kan levere, og det er en meget enkel metode til at lave kraftige systemer, Tour sagde, tilføjer, at teknikken viser lovende for fremstilling af andre 3-D nanoporøse materialer. "Vi taler allerede med virksomheder, der er interesserede i at kommercialisere dette."

Ris kandidatstuderende Changsheng Xiang og postdoc-forsker Gunuk Wang er medforfattere til papiret.

Peter M. og Ruth L. Nicholas postdoktorale stipendium fra Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology og Air Force Office of Scientific Research's multidisciplinære universitetsforskningsinitiativ støttede forskningen.