Krøllet grafen kunne give en utraditionel energilagring

Når nogen krummer et stykke papir, det betyder normalt, at det er ved at blive smidt væk. Men forskere har nu fundet ud af, at krølling af et stykke grafen "papir"-et materiale dannet ved sammenbinding af lag af den todimensionale form af kulstof-faktisk kan give nye egenskaber, der kan være nyttige til at skabe ekstremt strækbare superkapacitorer til at lagre energi til fleksibel elektroniske anordninger.

Fundet er rapporteret i journalen Videnskabelige rapporter af MIT's Xuanhe Zhao, en adjunkt i maskinteknik og civil- og miljøteknik, og fire andre forfattere. Den nye, fleksible superledere skal være lette og billige at fremstille, siger teamet.

"Mange mennesker undersøger grafenpapir:Det er en god kandidat til fremstilling af superkapacitorer, på grund af dets store overfladeareal pr. masse, "Siger Zhao. Nu, han siger, udvikling af fleksible elektroniske enheder, såsom bærbare eller implanterbare biomedicinske sensorer eller overvågningsudstyr, vil kræve fleksible energilagringssystemer.

Ligesom batterier, superkondensatorer kan lagre elektrisk energi, men de gør det primært elektrostatisk, snarere end kemisk - hvilket betyder, at de kan levere deres energi hurtigere, end batterierne kan. Nu har Zhao og hans team demonstreret, at ved at krumme et ark grafenpapir til en kaotisk masse folder, de kan lave en superkondensator, der let kan bøjes, foldet, eller strakt til så meget som 800 procent af sin oprindelige størrelse. Teamet har lavet en simpel superkondensator ved hjælp af denne metode som et principbevis.

Materialet kan krølles og flades op til 1, 000 gange, holdet har demonstreret, uden et betydeligt tab af ydeevne. "Grafenpapiret er ret robust, "Zhao siger, "og vi kan opnå meget store deformationer over flere cyklusser." Graphene, en struktur af rent kulstof kun et atom tykt med sine carbonatomer arrangeret i en sekskantet matrix, er et af de stærkeste materialer, man kender.

For at lave det krøllede grafenpapir, et ark af materialet blev placeret i en mekanisk enhed, der først komprimerede det i en retning, skabe en række parallelle folder eller læg, og derefter i den anden retning, fører til en kaotisk, krøllet overflade. Når den er strakt, materialets folder udglatter sig simpelthen.

Dannelse af en kondensator kræver to ledende lag - i dette tilfælde to ark krøllet grafenpapir - med et isolerende lag imellem, som i denne demonstration var fremstillet af et hydrogelmateriale. Ligesom den krøllede grafen, hydrogel er meget deformerbar og strækbar, så de tre lag forbliver i kontakt, selv mens de bliver bøjet og trukket.

Selvom denne indledende demonstration specifikt skulle lave en superkapacitor, den samme krølleteknik kunne anvendes til andre anvendelser, Siger Zhao. For eksempel, det krøllede grafenmateriale kan bruges som en elektrode i et fleksibelt batteri, eller kunne bruges til at lave en strækbar sensor til specifikke kemiske eller biologiske molekyler.

"Dette arbejde er virkelig spændende og fantastisk for mig, "siger Dan Li, en professor i materialeteknik ved Monash University i Australien, som ikke var involveret i denne forskning. Han siger, at teamet "giver et ekstremt simpelt, men yderst effektivt koncept til fremstilling af strækbare elektroder til superkapacitorer ved kontrolleret krummning af flerlags grafenfilm." Mens andre grupper har lavet fleksible superkapacitorer, han siger, "At gøre superkondensatorer strækbare har været en stor udfordring. Dette papir giver en meget smart måde at tackle denne udfordring på, som jeg tror vil bringe bærbare energilagringsenheder tættere på. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.