Attualmente, la ricerca nel campo dei supercondensatori flessibili ed estensibili è focalizzata sulla regolazione degli elettrodi, in quanto hanno l'effetto più significativo sulle prestazioni. Però, i materiali separatori per tali applicazioni rimangono in gran parte inesplorati. Recentemente, un gruppo di scienziati della Skoltech e dell'Università di Aalto (Finlandia) ha proposto un nuovo metodo per la fabbricazione di un supercondensatore estensibile interamente nanotubi da elettrodi a film SWCNT e separatore BNNT.

Oltre ad essere dielettrico, poroso e chimicamente inerte, i separatori per supercondensatori estensibili devono resistere alla flessione e all'allungamento senza gravi danni strutturali. I materiali noti per soddisfare questi requisiti includono polimeri ed elettroliti a base di polimeri. Però, nonostante sia poco costoso e non tossico, tali materiali mostrano scarsa bagnabilità con elettroliti acquosi e hanno problemi di resistenza meccanica. Inoltre, il loro elevato spessore (0,2 mm) determina elevate resistenze interne del dispositivo assemblato. In contrasto, nanotubi di nitruro di boro (BNNT), che sono stati utilizzati in questo lavoro, è un nanomateriale dielettrico che mostra un elevato modulo di Young e resistenza alla trazione, e quindi considerati materiali perfetti per applicazioni di separatori estensibili. Un altro componente chiave dei supercondensatori sono gli elettrodi, che devono essere altamente conduttivi e meccanicamente stabili. In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato film di nanotubi di carbonio (CNT) poiché tale materiale ha una struttura porosa unica, alta superficie specifica, bassa resistività elettrica ed elevata stabilità chimica, e modulo di elasticità e resistenza alla trazione eccezionalmente elevati di Young.

Il separatore BNNT di soli 0,5 µm di spessore ha garantito un'affidabile protezione contro i cortocircuiti e una bassa resistenza in serie equivalente (ESR) del supercondensatore estensibile (SSC). Il dispositivo, fabbricato in una configurazione di cella di prova per la caratterizzazione del materiale conserva il 96 percento della sua capacità iniziale dopo 20.000 cicli di carica/scarica con una bassa resistenza in serie equivalente di 4,6 . Il prototipo di supercondensatore estensibile resiste ad almeno 1000 cicli di deformazione del 50% con un leggero aumento della capacità volumetrica e della densità di potenza volumetrica da 32 mW cm ^-3 a 40 mW cm ^-3 dopo l'allungamento, che è più alto di quanto riportato in precedenza. Inoltre, è stata ottenuta una bassa resistenza di 250 per il prototipo estensibile come fabbricato. Il semplice processo di fabbricazione di tali dispositivi può essere facilmente esteso, rendendo i supercondensatori estensibili a nanotubi, qui presentato, elementi promettenti nei futuri dispositivi indossabili.

"In questo lavoro, abbiamo applicato film sottili di SWCNT come elettrodi e BNNT come separatore per fabbricare supercondensatori estensibili a nanotubi. Abbiamo scelto di utilizzare i film SWCNT e BNNT insieme a causa di diverse importanti qualità, come strutture reticolari, che rinforzano il materiale tra le pareti di entrambi i materiali e consentono di testare e caratterizzare il dispositivo sotto stiramento meccanico. Abbiamo anche risolto con successo il problema dello spessore e della resistenza del separatore mantenendo le proprietà elastiche del dispositivo, " ha detto la studentessa di Ph.D. Skoltech Evgenia Gilshteyn, l'autore principale dello studio.

Il professore di Skoltech Albert Nasibulin ha aggiunto:"La tecnologia della fabbricazione di SSC è molto semplice, in quanto si basa su tecniche di trasferimento per deposizione a secco e aerografia. Con le sue prestazioni stabili, il dispositivo potrebbe fungere da candidato promettente per dispositivi elettronici indossabili e sistemi flessibili di accumulo di energia".