Gli scienziati della Rice University hanno avanzato il loro recente sviluppo del grafene indotto dal laser (LIG) producendo e testando impilati, supercondensatori tridimensionali, dispositivi di accumulo di energia importanti per i dispositivi portatili, elettronica flessibile.

Il laboratorio Rice del chimico James Tour ha scoperto l'anno scorso che sparare un laser a un polimero poco costoso bruciava altri elementi e lasciava un film di grafene poroso, il tanto studiato reticolo di carbonio dello spessore di un atomo. I ricercatori hanno visto il poroso, materiale conduttivo come elettrodo perfetto per supercondensatori o circuiti elettronici.

Per dimostrarlo, i membri del gruppo Tour da allora hanno esteso il loro lavoro per realizzare supercondensatori allineati verticalmente con grafene indotto da laser su entrambi i lati di un foglio polimerico. Le sezioni vengono quindi impilate con elettroliti solidi in mezzo per un sandwich multistrato con più microsupercondensatori.

Gli stack flessibili mostrano un'eccellente capacità di accumulo di energia e potenziale energetico e possono essere scalati per applicazioni commerciali. LIG può essere prodotto in aria a temperatura ambiente, magari in quantità industriali attraverso processi roll-to-roll, Tour ha detto.

La ricerca è stata segnalata questa settimana in Materiali applicati e interfacce .

I condensatori utilizzano una carica elettrostatica per immagazzinare energia che possono rilasciare rapidamente, al flash di una macchina fotografica, Per esempio. A differenza delle batterie ricaricabili a base chimica, i condensatori si caricano velocemente e rilasciano tutta la loro energia in una volta quando vengono attivati. Ma le batterie chimiche contengono molta più energia. I supercondensatori combinano le qualità utili di entrambi - la carica/scarica rapida dei condensatori e la capacità ad alta energia delle batterie - in un unico pacchetto.

I supercondensatori LIG sembrano in grado di fare tutto ciò con i vantaggi aggiuntivi di flessibilità e scalabilità. La flessibilità assicura che possano adattarsi facilmente a vari pacchetti:possono essere arrotolati all'interno di un cilindro, per esempio, senza rinunciare alle prestazioni del dispositivo.

"Quello che abbiamo realizzato è paragonabile ai microsupercondensatori commercializzati ora, ma la nostra capacità di inserire i dispositivi in ​​una configurazione 3D ci consente di impacchettarne molti in un'area molto piccola, " Tour ha detto. "Abbiamo semplicemente impilarli.

"L'altra chiave è che lo stiamo facendo in modo molto semplice. Niente del processo richiede una camera bianca. È fatto su un sistema laser commerciale, come si trova nelle normali officine meccaniche, all'aria aperta."

increspature, rughe e pori sub-10 nanometri nella superficie e imperfezioni a livello atomico conferiscono a LIG la sua capacità di immagazzinare molta energia. Ma il grafene mantiene la sua capacità di spostare rapidamente gli elettroni e gli conferisce le caratteristiche di rapida carica e rilascio di un supercondensatore. Nella prova, i ricercatori hanno caricato e scaricato i dispositivi per migliaia di cicli senza quasi alcuna perdita di capacità.

Per mostrare come i loro supercondensatori si adattano alle applicazioni, i ricercatori hanno cablato le coppie di ogni varietà di dispositivi in ​​serie e in parallelo. Come previsto, hanno trovato i dispositivi seriali consegnati il ​​doppio della tensione di lavoro, mentre i paralleli raddoppiavano il tempo di scarica alla stessa densità di corrente.

I supercondensatori verticali non hanno mostrato quasi alcun cambiamento nelle prestazioni elettriche quando flessi, anche dopo le 8, 000 cicli di piegatura.

Tour ha affermato che mentre le batterie agli ioni di litio a film sottile sono in grado di immagazzinare più energia, I supercondensatori LIG della stessa dimensione offrono tre volte le prestazioni in potenza (la velocità con cui scorre l'energia). E i dispositivi LIG possono facilmente aumentare la capacità.

"Abbiamo dimostrato che questi saranno componenti eccellenti dell'elettronica flessibile che sarà presto incorporata nell'abbigliamento e nei beni di consumo, " Egli ha detto.