Wearables kan få boost fra borinfunderet grafen

En mikrosuperkondensator designet af forskere ved Rice University, der kan finde vej til personlig og endda bærbar elektronik, får en opgradering. Den laser-inducerede grafen-anordning har stor gavn, når bor bliver en del af blandingen.

Kemikeren James Tours rislaboratorium bruger kommercielle lasere til at skabe tynde, fleksible superkondensatorer ved at brænde mønstre ind i almindelige polymerer. Laseren brænder alt undtagen kulstoffet væk til en dybde på 20 mikron på det øverste lag, som bliver til en skumlignende matrix af indbyrdes forbundne grafenflager.

Ved først at infundere polymeren med borsyre, forskerne firedoblede superkondensatorens evne til at lagre en elektrisk ladning, mens de i høj grad øgede dens energitæthed.

Den simple fremstillingsproces kan også være velegnet til fremstilling af katalysatorer, feltemissionstransistorer og komponenter til solceller og lithium-ion-batterier, de sagde.

Forskningen er beskrevet i det amerikanske tidsskrift American Chemical Society ACS Nano .

Kondensatorer oplades hurtigt og frigiver deres energi i et burst, når det er nødvendigt, som i en kamerablitz. Superkondensatorer tilføjer batteriernes højenergikapacitet til pakken og har potentiale til elektriske køretøjer og andre tunge applikationer. Potentialet til at krympe dem til en lille, fleksibel, let fremstillet pakke kunne gøre dem velegnede til mange flere applikationer, ifølge forskerne.

I det tidligere arbejde, holdet ledet af Rice-studerende Zhiwei Peng prøvede mange polymerer og opdagede, at et kommercielt polyimid var det bedste til processen. Til det nye arbejde, laboratoriet opløste borsyre til polyaminsyre og kondenserede det til en borinfunderet polyimidplade, som derefter blev udsat for laseren.

Totrinsprocessen producerer mikrosuperkondensatorer med fire gange evnen til at lagre en elektrisk ladning og fem til ti gange energitætheden af ​​de tidligere, borfri version. De nye enheder viste sig meget stabile over 12, 000 opladnings-afladningscyklusser, bevarer 90 procent af deres kapacitans. I stresstests, de klarede 8, 000 bukkecyklusser uden tab af ydeevne, rapporterede forskerne.

Tour sagde, at teknikken egner sig til industriel skala, roll-to-roll produktion af mikrosuperkondensatorer. "Det, vi har gjort, viser, at enorme moduleringer og forbedringer kan foretages ved at tilføje andre elementer og udføre andre kemi i polymerfilmen før eksponering for laseren, " han sagde.

"Når laseren blotlægger det, disse andre elementer udfører ny kemi, der virkelig øger superkondensatorens ydeevne. Dette er et skridt i at gøre disse endnu mere anvendelige til industrielle applikationer."