(PhysOrg.com) -- Nel tentativo di sviluppare dispositivi elettronici indossabili, i ricercatori hanno progettato un nuovo supercondensatore ultrasottile che ha una capacità sei volte superiore a quella di qualsiasi supercondensatore commerciale attuale. Cosa c'è di più, il nuovo supercondensatore è stato testato in uno stato ritorto per dimostrare le sue buone proprietà elettrochimiche con elevata flessibilità.

I ricercatori, Chuizhou Meng, et al., del Tsinghua-Foxconn Nanotechnology Research Center della Tsinghua University di Pechino hanno pubblicato i loro risultati in un recente numero di Nano lettere .

Come spiegano i ricercatori, i dispositivi elettronici portatili stanno diventando sempre più piccoli e flessibili. Però, i componenti di gestione dell'energia - ad es. batterie e supercondensatori - tendono a restare indietro rispetto agli altri componenti quando si tratta di piccole dimensioni e flessibilità. Nello specifico, i supercondensatori sono limitati dalla loro configurazione convenzionale, che è un separatore racchiuso tra due elettrodi sigillati in elettrolita liquido. I due principali inconvenienti di questa configurazione sono che l'elettrolita liquido richiede materiali di incapsulamento di sicurezza per evitare perdite, e le molteplici parti del sistema che si muovono l'una rispetto all'altra riducono le prestazioni e la durata del ciclo del dispositivo.

Nel tentativo di progettare un dispositivo di accumulo di energia più piccolo e più flessibile rispetto ai dispositivi precedenti, i ricercatori si sono rivolti a materiali a base di carbonio. Utilizzando due elettrodi leggermente separati fatti di polianilina (un polimero conduttivo) e nanotubi di carbonio, e solidificandoli in un elettrolita allo stato solido polimerico gel (che agisce contemporaneamente come separatore), i ricercatori hanno potuto fabbricare un supercondensatore altamente flessibile sottile come un normale pezzo di carta. I nuovi materiali e l'assenza di parti mobili hanno permesso ai ricercatori di superare i problemi con la configurazione convenzionale, e diminuire ulteriormente le dimensioni e aumentare la flessibilità del dispositivo.

“Abbiamo progettato in modo innovativo la microstruttura e ottimizzato la configurazione dei nostri supercondensatori in modo da sfruttare appieno ogni componente necessario, "Il coautore Changhong Liu ha detto a PhysOrg.com. “Abbiamo omesso i collettori di corrente di metalli pesanti e l'ingombrante incapsulamento dei supercondensatori convenzionali. Qui, i nanotubi di carbonio formavano una buona rete di conduzione elettrica, la polianilina ha fornito una pseudocapacità estremamente grande, e lo strato elettrolitico polimerico a gel intermedio ultrasottile agiva simultaneamente come separatore. Globale, i dispositivi sono molto flessibili e simili alla carta.”

Nei test, i ricercatori hanno dimostrato che il nuovo supercondensatore ha una capacità di 31,4 F/g quando attorcigliato, rispetto a 5,2 F/g per gli attuali supercondensatori commerciali. Il nuovo supercondensatore ha mostrato caratteristiche superiori anche in altre aree, come un'elevata densità di potenza, bassa corrente di dispersione, e lungo ciclo di vita. I ricercatori prevedono che queste proprietà potrebbero essere ulteriormente migliorate ottimizzando i materiali e la struttura del dispositivo, ad esempio accorciando la distanza tra gli elettrodi.

"Al meglio delle nostre conoscenze, questo supercondensatore flessibile simile alla carta ha una capacità specifica molto più elevata rispetto a quelli commerciali convenzionali di alto livello attuali, "Liu ha detto, aggiungendo che i ricercatori non potevano garantire di essere a conoscenza di ogni dispositivo commerciale.

I ricercatori hanno anche mostrato come tre supercondensatori intrecciati collegati in serie potrebbero essere usati per accendere un LED rosso. Dopo 15 minuti di ricarica a 2,5 V, i supercondensatori arrotolati hanno acceso il LED per quasi 30 minuti. Data la sua elevata capacità e flessibilità che superano gli attuali supercondensatori commerciali, il nuovo supercondensatore dovrebbe essere attraente per l'uso nell'elettronica indossabile, un'area che sta ancora cominciando ad essere esplorata.

“Riteniamo che questo dispositivo di accumulo di energia leggero e flessibile avrà un grande potenziale applicativo nell'elettronica indossabile futura, ", ha detto Liu. "Per esempio, incorporato con tecnologia di visualizzazione flessibile, renderà un libro elettronico flessibile davvero simile alla carta, risparmiando molto peso e spazio. E in futuro, quando i circuiti integrati flessibili su larga scala diventano realtà, ci si aspetta un computer portatile leggero e flessibile.”

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