Forskere udvikler en enkel måde at fremstille mikro-superkondensatorer med høj energitæthed

(Phys.org) – En af de mest lovende mikroskala strømkilder til bærbar og bærbar elektronik er en mikro-superkondensator – de kan gøres tynde, letvægts, meget fleksibel, og med en høj effekttæthed. Normalt, imidlertid, fremstilling af disse enheder involverer komplicerede teknikker, der ofte kræver høje tryk, bestråling, og flere trin.

I en ny undersøgelse, forskere har udviklet en simpel "et-trins metode" til fremstilling af mikro-superkondensatorer og demonstrerer, at de endelige enheder udviser en meget god samlet ydeevne, inklusive en høj effekttæthed (1500 mW/cm ³ ) samt en energitæthed (11,6 mWh/cm ³ ), der er mindst dobbelt så høj som tilsvarende mikro-superkondensatorer.

Forskerne, Han Xiao et al. ved det kinesiske videnskabsakademi, har offentliggjort deres papir i et nyligt nummer af ACS Nano .

"Vi har udviklet en alsidig, enkel og effektiv metode til fremstilling af højenergimikro-superkondensatorer med designede former, " medforfatter Zhong-Shuai Wu ved Dalian National Laboratory for Clean Energy, det kinesiske videnskabsakademi, fortalte Phys.org .

Det væsentlige trin i fremstillingen af ​​den nye mikro-supercapacitor er at integrere phosphoren nanoplader i mellemlaget af grafen nanoark, og den gode ydeevne skyldes i høj grad den synergistiske kombination af disse to materialer. De forskellige materialer har komplementære effekter, med phosphoren, der tilbyder en høj lagerkapacitet og forhindrer grafenpladerne i at stable uønsket, mens grafenen danner hovedskelettet og tilbyder et højhastigheds-elektrontransportnetværk.

Blandt deres andre egenskaber, mikro-superkondensatorerne udviser meget god fleksibilitet, som forskerne tilskriver den lagdelte struktur og plane enhedsgeometri. Enheden har også en høj kapacitans, som opretholdes på næsten 90 % af sin maksimale kapacitet efter 2000 cyklusser. Generelt, den enkle fremstillingsproces bidrager også til at forbedre enhedens ydeevne, fordi den undgår forurening og oxidation, der ofte opstår under flertrinsbehandling.

Som forskerne forklarer, de små energilagringsenheder har potentiale til at blive brugt på en lang række områder.

"Mikro-superkondensatorer er meget lovende til energilagring på chip, " sagde Wu. "For ganske nylig, fremkomsten af ​​bærbar og smart elektronik kræver meget fleksibel og multifunktionel, integrerede energilagringsenheder. Samlet set, nye mikro-superkondensatorer kunne følge med tempoet i den hurtige udvikling af højteknologiske mikrosystemer, der bruges i præcisionsinstrumenterne, materialer, biomedicinske og andre områder."

Forskerne forventer også, at i fremtiden, den nye fremstillingsproces kan let skaleres op og i sidste ende bruges til kommercielle formål. De planlægger også at undersøge andre materialer og teknikker til udvikling af energilagringssystemer i mikroskala.

"Vi udvikler løbende en række ultratynde, strukturelt defineret grafen og 2-D materialer, sikre højspændingselektrolytter, og enhedsfremstillingsteknikker til fleksible, smart, og integrerede energilagringsenhedssystemer i mikroskala, såsom højenergimikro-superkondensatorer, " sagde Wu.

© 2017 Phys.org