Gennemsigtig, fleksible superkapacitorer baner vejen for en lang række applikationer

(Phys.org) —Standardudseendet på nutidens elektroniske enheder som solidt, sorte objekter kan en dag ændre sig fuldstændigt, da forskere laver elektroniske komponenter, der er gennemsigtige og fleksible. Arbejder mod dette mål, forskere i en ny undersøgelse har udviklet gennemsigtige, fleksible superkondensatorer fremstillet af carbon nanorørfilm. De højtydende enheder kunne en dag bruges til at lagre energi til alt fra bærbar elektronik til fotovoltaik.

Forskerne, Kanninen et al. , fra institutioner i Finland og Rusland, har udgivet et papir om de nye superkapacitorer i et nyligt nummer af Nanoteknologi .

Generelt, superkapacitorer kan lagre flere gange mere ladning i et givet volumen eller masse end traditionelle kondensatorer, har hurtigere opladnings- og afladningshastigheder, og er meget stabile. I løbet af de sidste par år har forskere er begyndt at arbejde på at lave superkapacitorer, der er gennemsigtige og fleksible på grund af deres potentielle brug i en lang række applikationer.

"Potentielle applikationer kan groft opdeles i to kategorier:produkter med høj æstetisk værdi, såsom aktivitetsbånd og smart tøj, og iboende gennemsigtige slutanvendelser, såsom skærme og vinduer, "medforfatter Tanja Kallio, en lektor ved Aalto University, der i øjeblikket er gæsteprofessor ved Skolkovo Institute of Science and Technology, fortalt Phys.org . "Sidstnævnte omfatter, for eksempel, sådanne fremtidige applikationer som smarte vinduer til biler og rumfartøjer, selvdrevne sammenrullede skærme, selvdrevet bærbar optoelektronik, og elektronisk hud. "

Den type superkapacitor, der er udviklet her, kaldet en elektrokemisk dobbeltlagskondensator, er baseret på kulstof med et højt overfladeareal. En fremtrædende kandidat til dette materiale er enkeltvæggede carbon nanorør på grund af deres kombination af mange tiltalende egenskaber, herunder et stort overfladeareal, høj styrke, høj elasticitet, og evnen til at modstå ekstremt høje strømme, hvilket er afgørende for hurtig opladning og afladning.

Problemet indtil nu, imidlertid, har været, at carbon nanorørene skal fremstilles som tynde film for at kunne bruges som elektroder i superkapacitorer. Nuværende teknikker til fremstilling af enkeltvæggede tynde film med carbon nanorør har ulemper, resulterer ofte i defekte nanorør, begrænset ledningsevne, og andre ydelsesbegrænsninger.

I den nye undersøgelse, forskerne demonstrerede en ny metode til at fremstille tynde film fremstillet af enkeltvæggede carbon nanorør ved hjælp af en et-trins aerosolsyntesemetode. Når den er inkorporeret i en superkapacitor, de tynde film udviser den højeste gennemsigtighed til dato (92%), den højeste massespecifikke kapacitans (178 F/g), og en af ​​de højeste områdespecifikke kapacitanser (552 µF/cm ² ) sammenlignet med andre kulstofbaserede, fleksibel, gennemsigtige superkapacitorer. Filmene har også en høj stabilitet, som det fremgår af det faktum, at deres kapacitans ikke nedbrydes efter 10, 000 opladningscyklusser.

Med disse fordele, den nye enhed illustrerer den fortsatte forbedring i udviklingen af ​​gennemsigtig, fleksible superkapacitorer. I fremtiden, forskerne planlægger at forbedre energitætheden yderligere, fleksibilitet, og holdbarhed, og gør også superkapacitorerne strækbare.

"En mere vigtig egenskab, der skal realiseres og hurtigt forventes i fremtidens elektronik, er strækbarheden af ​​de ledende materialer og samlede elektroniske komponenter, "sagde medforfatter Albert Nasibulin, professor ved Skolkovo Institute of Science and Technology og adjungeret professor ved Aalto University. "Sammen med Tanja, vi arbejder i øjeblikket på en ny form for strækbar og gennemsigtig enkeltvægget carbon nanorør superkondensator. Vi er overbeviste om, at man kan lave prototyper baseret på carbon nanorør, der kan modstå 100% forlængelse uden ydelsesforringelse. "

© 2016 Phys.org