Den perfekte vinkel til e-skin energilagring

Forskere ved DGIST har fundet en billig måde at fremstille små energilagringsenheder, der effektivt kan drive fleksible og bærbare hudsensorer sammen med andre elektroniske enheder, baner vejen mod medicinsk fjernovervågning og diagnoser og bærbare enheder. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nano energi .

Materialeforskerne Sungwon Lee og Koteeswara Reddy Nandanapalli ved Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) udviklede fremstillingsprocessen sammen med kolleger i Korea. En nøgle til succes er at sprøjte en specifik mængde grafenblæk på fleksible underlag i en bestemt vinkel og temperatur.

Lee siger:"Efterspørgslen efter fjerndiagnosticering og bærbare enheder er hurtigt stigende, og dermed mange forskere fokuserer deres forskningsindsats på at udvikle forskellige elektroniske hudenheder, som kræver ekstremt små og fleksible energienheder som strømkilde."

Når mikro-superkondensatorer oplades, positive og negative elektriske ladninger akkumuleres på deres elektroder og lagres som energi. Disse enheder har korte op- og afladningstider sammenlignet med batterier, men de kan ikke lagre så meget energi.

Grafen er et lovende materiale til at forbedre deres energilagring, da grafenelektroder er meget porøse og giver derfor et større overfladeareal til, at de nødvendige elektrostatiske reaktioner kan forekomme.

En anden måde at forbedre mikro-superkapacitorens ydeevne på er ved at fremstille elektroder med sammenlåsende tænder, som dem af to kamme, øge mængden af ​​energi, der kan lagres. Men denne proces er dyr og virker ikke fleksibel, temperaturfølsomme underlag.

Den oplagte løsning ville være at sprøjte grafen på et fleksibelt underlag, men lodret sprøjtning fører til elektroder, der ikke er særlig porøse, og som har kompakte lag, giver dem dårlige præstationer.

Lee, Nandanapalli, og deres kolleger sprøjtede grafenblæk på tyndt, fleksible underlag, fremstilling af en papirtynd mikro-superkondensator med sammenlåsende elektroder og fremragende ydeevne.

Tricket, de udforskede, var at sprøjte ti milliliter grafenblæk i en 45° vinkel og 80°C temperatur på et fleksibelt substrat. Dette førte til dannelsen af ​​porøse, flerlags elektroder. Holdets mikro-superkondensator er 23 mikrometer tynd, ti gange tyndere end papir, og bevarer sin mekaniske stabilitet efter 10, 000 bøjninger. Den kan lagre omkring 8,4 mikrofarad ladning pr. kvadratcentimeter (2 gange højere end værdien, der rapporteres i dag) og har en effekttæthed på omkring 1,13 kilowatt pr. kilogram (4 gange højere end Li-ion-batteriernes). Holdet demonstrerede, at det kunne bruges i bærbare enheder, der klæber til huden.

"Vores arbejde viser, at det er muligt at reducere tykkelsen af ​​mikro-superkondensatorer til brug i fleksible enheder, uden at forringe deres præstationer, " siger Lee. Holdet sigter dernæst på at forbedre mikro-superkondensatorernes lagerkapacitet og energiforbrug for at gøre det muligt at bruge i den virkelige verden elektroniske skin-enheder.