I ricercatori della DGIST hanno trovato un modo economico per fabbricare piccoli dispositivi di accumulo di energia in grado di alimentare efficacemente sensori cutanei flessibili e indossabili insieme ad altri dispositivi elettronici, aprendo la strada al monitoraggio e alla diagnosi medica a distanza e ai dispositivi indossabili. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nano energia .

Gli scienziati dei materiali Sungwon Lee e Koteeswara Reddy Nandanapali del Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) hanno sviluppato il processo di fabbricazione con i colleghi in Corea. Una chiave del successo è spruzzare una quantità specifica di inchiostro al grafene su substrati flessibili con un angolo e una temperatura specifici.

Lee afferma:"La domanda di diagnosi remota e dispositivi indossabili è in rapido aumento e quindi, molti scienziati stanno concentrando i loro sforzi di ricerca sullo sviluppo di vari dispositivi elettronici per la pelle, che richiede dispositivi energetici estremamente piccoli e flessibili come fonte di alimentazione."

Quando i micro-supercondensatori sono carichi, le cariche elettriche positive e negative si accumulano sui loro elettrodi e vengono immagazzinate come energia. Questi dispositivi hanno tempi di carica e scarica brevi rispetto alle batterie, ma non possono immagazzinare tanta energia.

Il grafene è un materiale promettente per migliorare il loro accumulo di energia, poiché gli elettrodi di grafene sono altamente porosi e quindi forniscono un'area superficiale più ampia per il verificarsi delle necessarie reazioni elettrostatiche.

Un altro modo per migliorare le prestazioni del micro-supercondensatore è fabbricare elettrodi con denti ad incastro, come quelli di due pettini, aumentando la quantità di energia che può essere immagazzinata. Ma questo processo è costoso e non funziona su flessibilità, substrati sensibili alla temperatura.

La soluzione ovvia sarebbe spruzzare del grafene su un substrato flessibile, ma la spruzzatura verticale porta ad elettrodi poco porosi e che hanno strati compatti, dando loro scarse prestazioni.

Lee, Nandanapalli, e i loro colleghi hanno spruzzato inchiostro di grafene su substrati flessibili, fabbricare un micro-supercondensatore sottilissimo con elettrodi ad incastro e prestazioni eccellenti.

Il trucco, hanno esplorato, era di spruzzare dieci millilitri di inchiostro di grafene con un angolo di 45° e una temperatura di 80°C su un substrato flessibile. Ciò ha portato alla formazione di pori, elettrodi multistrato. Il micro-supercondensatore del team è sottile 23 micrometri, dieci volte più sottile della carta, e mantiene la sua stabilità meccanica dopo 10, 000 curve. Può immagazzinare circa 8,4 microfarad di carica per centimetro quadrato (2 volte superiore a quello del valore riportato oggi) e ha una densità di potenza di circa 1,13 kilowatt per chilogrammo (4 volte superiore a quella delle batterie agli ioni di litio). Il team ha dimostrato che potrebbe essere utilizzato in dispositivi indossabili che aderiscono alla pelle.

"Il nostro lavoro mostra che è possibile ridurre lo spessore dei micro-supercondensatori da utilizzare in dispositivi flessibili, senza degradare le loro prestazioni, ", afferma Lee. Il team mira poi a migliorare la capacità di stoccaggio dei micro-supercondensatori e il consumo di energia per renderlo fattibile per l'uso in dispositivi elettronici della pelle del mondo reale.