Il trasparente, prototipo di supercondensatore flessibile, basato su film sottili di nanotubi di carbonio a parete singola, viene visualizzato durante la carica e la scarica. Credito:Kanninen et al. ©2016 IOP Publishing
(Phys.org)—L'aspetto standard dei dispositivi elettronici di oggi è solido, gli oggetti neri potrebbero un giorno cambiare completamente man mano che i ricercatori realizzano componenti elettronici trasparenti e flessibili. Lavorando per questo obiettivo, ricercatori in un nuovo studio hanno sviluppato trasparente, supercondensatori flessibili realizzati con film di nanotubi di carbonio. I dispositivi ad alte prestazioni potrebbero un giorno essere utilizzati per immagazzinare energia per qualsiasi cosa, dall'elettronica indossabile al fotovoltaico.
I ricercatori, Kanninen et al. , da istituzioni in Finlandia e Russia, hanno pubblicato un articolo sui nuovi supercondensatori in un recente numero di Nanotecnologia .
Generalmente, i supercondensatori possono immagazzinare molte volte più carica in un dato volume o massa rispetto ai condensatori tradizionali, avere tassi di carica e scarica più rapidi, e sono molto stabili. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno iniziato a lavorare alla realizzazione di supercondensatori trasparenti e flessibili grazie al loro potenziale utilizzo in un'ampia varietà di applicazioni.
"Le potenziali applicazioni possono essere grossolanamente suddivise in due categorie:prodotti ad alto valore estetico, come bande di attività e vestiti intelligenti, e usi finali intrinsecamente trasparenti, come display e finestre, " coautore Tanja Kallio, professore associato presso l'Università di Aalto, attualmente visiting professor presso l'Istituto di scienza e tecnologia di Skolkovo, detto Phys.org . "Questi ultimi includono, Per esempio, applicazioni future come finestre intelligenti per automobili e veicoli aerospaziali, display arrotolati autoalimentati, optoelettronica indossabile autoalimentata, e pelle elettronica."
Il tipo di supercondensatore sviluppato qui, chiamato condensatore elettrochimico a doppio strato, si basa su carbonio ad alta superficie. Un ottimo candidato per questo materiale sono i nanotubi di carbonio a parete singola grazie alla loro combinazione di molte proprietà attraenti, comprendente un'ampia superficie, molta forza, elevata elasticità, e la capacità di resistere a correnti estremamente elevate, che è essenziale per caricare e scaricare rapidamente.
Il problema finora, però, è stato che i nanotubi di carbonio devono essere preparati come film sottili per essere utilizzati come elettrodi nei supercondensatori. Le attuali tecniche per la preparazione di film sottili di nanotubi di carbonio a parete singola presentano inconvenienti, spesso con conseguente nanotubi difettosi, conducibilità limitata, e altre limitazioni delle prestazioni.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato un nuovo metodo per fabbricare film sottili fatti di nanotubi di carbonio a parete singola utilizzando un metodo di sintesi di aerosol in un unico passaggio. Quando incorporato in un supercondensatore, i film sottili mostrano la massima trasparenza fino ad oggi (92%), la più alta capacità specifica di massa (178 F/g), e una delle capacità specifiche dell'area più alte (552 µF/cm 2 ) rispetto ad altri prodotti a base di carbonio, flessibile, supercondensatori trasparenti. I film hanno anche un'elevata stabilità, come dimostrato dal fatto che la loro capacità non si degrada dopo 10, 000 cicli di ricarica.
Con questi vantaggi, il nuovo dispositivo illustra il continuo miglioramento nello sviluppo di trasparenti, supercondensatori flessibili. Nel futuro, i ricercatori intendono migliorare ulteriormente la densità energetica, flessibilità, e durata, e anche rendere estensibili i supercondensatori.
"Un'altra caratteristica importante da realizzare e da attendersi con urgenza nell'elettronica futura è l'elasticità dei materiali conduttivi e dei componenti elettronici assemblati, " ha detto il coautore Albert Nasibulin, professore all'Istituto di scienza e tecnologia di Skolkovo e professore a contratto all'Università di Aalto. "Insieme a Tanja, stiamo attualmente lavorando su un nuovo tipo di supercondensatore di nanotubi di carbonio a parete singola estensibile e trasparente. Siamo fiduciosi che si possano creare prototipi basati su nanotubi di carbonio in grado di sopportare un allungamento del 100% senza alcun degrado delle prestazioni".
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