Il ricercatore post-dottorato della Rice University Yang Yang possiede un'unità di accumulo di energia con le migliori qualità di batterie e supercondensatori in un formato scalabile, pacchetto flessibile. Credito:Jeff Fitlow
(Phys.org) —Un laboratorio della Rice University ha flessibilità, elettronica portatile e indossabile nel mirino con la creazione di un film sottile per l'accumulo di energia.
Il chimico del riso James Tour e i suoi colleghi hanno sviluppato un materiale flessibile con elettrodi nanoporosi al fluoruro di nichel stratificati attorno a un elettrolita solido per offrire prestazioni da supercondensatore simili a batterie che combinano le migliori qualità di una batteria ad alta energia e un supercondensatore ad alta potenza senza il litio che si trova oggi nelle batterie commerciali.
Il nuovo lavoro del laboratorio Rice del chimico James Tour è dettagliato nel Giornale della Società Chimica Americana .
Il loro condensatore elettrochimico ha uno spessore di circa un centesimo di pollice ma può essere scalato per i dispositivi aumentando le dimensioni o aggiungendo strati, ha detto il ricercatore postdottorato di Rice Yang Yang, co-autore principale del documento con lo studente laureato Gedeng Ruan. Si aspettano che le tecniche di produzione standard possano consentire alla batteria di essere ancora più sottile.
Nei test, gli studenti hanno scoperto che il loro dispositivo da pollici quadrati deteneva il 76% della sua capacità su 10, 000 cicli di carica-scarica e 1, 000 cicli di piegatura.
Tour ha affermato che il team ha deciso di trovare un materiale che abbia le qualità flessibili del grafene, nanotubi di carbonio e polimeri conduttori pur possedendo una capacità di accumulo elettrico molto più elevata che si trova tipicamente nei composti metallici inorganici. I composti inorganici hanno, fino a poco tempo fa, mancava di flessibilità, Egli ha detto.
Un film poroso di fluoruro di nichel di spessore inferiore a un micron, visto qui in un'immagine al microscopio elettronico, è un elettrodo efficace in un nuovo tipo di batteria creato alla Rice University. Il film flessibile combina le migliori qualità di supercondensatori e batterie per un potenziale utilizzo nell'elettronica flessibile. Credito:gruppo turistico
"Non è facile da fare, perché i materiali con una capacità così elevata sono generalmente fragili, " ha detto. "E abbiamo avuto davvero bene, sistemi flessibili di stoccaggio del carbonio in passato, ma il carbonio come materiale non ha mai raggiunto il valore teorico che si può trovare nei sistemi inorganici, e fluoruro di nichel in particolare."
"Rispetto a un dispositivo agli ioni di litio, la struttura è abbastanza semplice e sicura, "Ha detto Yang. "Si comporta come una batteria ma la struttura è quella di un supercondensatore. Se lo usiamo come supercondensatore, possiamo caricare rapidamente ad un alto tasso di corrente e scaricarlo in un tempo molto breve. Ma per altre applicazioni, scopriamo di poterlo impostare per caricarsi più lentamente e per scaricarsi lentamente come una batteria."
Gli elettrodi al nichel-fluoruro attorno a un elettrolita solido sono un efficace dispositivo di accumulo di energia che combina le migliori qualità di batterie e supercondensatori, secondo i ricercatori della Rice University. Gli elettrodi sono placcati su un supporto in oro e polimero (che può essere rimosso) e resi porosi attraverso un processo di incisione chimica. Credito:Tour Group/Rice University
Per creare la batteria/supercondensatore, il team ha depositato uno strato di nichel su un supporto. L'hanno inciso per creare pori di 5 nanometri all'interno dello strato di fluoruro di nichel spesso 900 nanometri, dandogli un'elevata superficie per lo stoccaggio. Una volta rimosso il supporto, hanno inserito gli elettrodi attorno a un elettrolita di idrossido di potassio in alcol polivinilico. I test non hanno riscontrato alcun degrado della struttura dei pori anche dopo 10, 000 cicli di carica/ricarica. I ricercatori inoltre non hanno riscontrato alcun degrado significativo nell'interfaccia elettrodo-elettrolita.
I ricercatori della Rice University hanno creato una nuova tecnologia flessibile per l'accumulo di energia che non utilizza litio. Da sinistra, ricercatore post-dottorato Yang Yang, Il professor James Tour e lo studente laureato Gedeng Ruan. Credito:Jeff Fitlow
"I numeri sono estremamente alti nella potenza che può fornire, ed è un metodo molto semplice per realizzare sistemi ad alta potenza, "Giro ha detto, aggiungendo che la tecnica è promettente per la produzione di altri materiali nanoporosi 3-D. "Stiamo già parlando con aziende interessate a commercializzarlo".
Lo studente laureato di Rice Changsheng Xiang e il ricercatore post-dottorato Gunuk Wang sono coautori del documento.
La borsa di studio post-dottorato Peter M. e Ruth L. Nicholas dello Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology e l'iniziativa multidisciplinare di ricerca universitaria dell'Air Force Office of Scientific Research hanno sostenuto la ricerca.
