Fleksibel, bærbare superkapacitorer baseret på porøse nanocarbon -nanokompositter

Aftenkjoler med sammenvævede lysdioder kan se ekstravagante ud, men lyskilderne har brug for en konstant strømforsyning fra enheder, der også er bærbare, holdbar, og let. Kinesiske forskere har fremstillet fibrøse elektroder til bærbare enheder, der er fleksible og udmærker sig ved deres høje energitæthed. Nøglen til fremstilling af elektrodematerialet var en mikrofluid teknologi, som vist i journalen Angewandte Chemie .

Kjoler, der udsender funklende lys fra hundredvis af små lysdioder, kan skabe iøjnefaldende effekter i balsale eller på modeshows. Men bærbar elektronik kan også betyde sensorer integreret i funktionelle tekstiler til at overvåge, for eksempel, vandfordampning eller temperaturændringer. Energilagringssystemer, der driver sådanne bærbare enheder, skal kombinere deformerbarhed med høj kapacitet og holdbarhed. Imidlertid, deformerbare elektroder fejler ofte ved langvarig drift, og deres kapacitet halter bag på andre state-of-the-art energilagringsenheder.

Elektrodematerialer drager normalt fordel af en fin balance mellem porøsitet, ledningsevne, og elektrokemisk aktivitet. Materialeforskere Su Chen, Guan Wu, og deres teams fra Nanjing Tech University, Kina, har kigget dybere ind i materialekravene til fleksible elektroder og udviklet et porøst hybridmateriale syntetiseret af to carbon nanomaterialer og en metal-organisk ramme. Nanocarboner gav det store overfladeareal og fremragende elektrisk ledningsevne, og den metal-organiske ramme gav den porøse struktur og den elektrokemiske aktivitet.

For at gøre elektrodematerialerne fleksible til bærbare applikationer, de mikro-mesoporøse kulstoframmer blev spundet til fibre med en termoplastisk harpiks ved hjælp af en innovativ blæsespindemaskine. De resulterende fibre blev presset ind i klude og samlet i superkapacitorer, selv om det viste sig, at endnu en belægningsrunde med de mikro-mesoporøse kulstoframmer yderligere forbedrede elektrodeydelsen.

Superkapacitorerne fremstillet af disse elektroder var ikke kun deformerbare, men de kunne også indeholde højere energitætheder og større specifikke kapacitanser end sammenlignelige enheder. De var stabile og udholdt mere end 10, 000 opladnings- og afladningscyklusser. Forskerne testede dem også i praktiske applikationer såsom smart farveændring af lysdioder i kjoler og solcellestyret strømforsyning af elektroniske enheder integreret i funktionelt tøj.

Forfatterne påpegede, at den mikrofluidiske dråbe-baserede syntese var nøglen til at forbedre elektrodematerialernes ydeevne til bærbar elektronik. Det handlede om at justere den perfekte porøse nanostruktur, argumenterede de.