Alcuni componenti elettronici possono piegarsi, torcere e allungare in display indossabili, applicazioni biomediche e robot morbidi. Mentre i circuiti di questi dispositivi sono diventati sempre più flessibili, le batterie e i supercondensatori che li alimentano sono ancora rigidi. Ora, ricercatori in ACS' Nano lettere riportano un supercondensatore flessibile con elettrodi realizzati in carburo di titanio rugoso, un tipo di nanomateriale MXene, che ha mantenuto la sua capacità di immagazzinare e rilasciare cariche elettroniche dopo stiramenti ripetuti.
Una delle principali sfide che l'elettronica estensibile deve superare è la natura rigida e inflessibile dei loro componenti di accumulo di energia, batterie e supercondensatori. Supercondensatori che utilizzano elettrodi realizzati con carburi metallici di transizione, carbonitruri o nitruri, chiamato MXenes, hanno proprietà elettriche desiderabili per dispositivi flessibili portatili, come carica e scarica rapida. E il modo in cui i MXene 2D possono formare nanofogli multistrato fornisce un'ampia superficie per l'accumulo di energia quando vengono utilizzati negli elettrodi. Però, precedenti ricercatori hanno dovuto incorporare polimeri e altri nanomateriali per evitare che questi tipi di elettrodi si rompano quando vengono piegati, che riduce la loro capacità di accumulo elettrico. Così, Desheng Kong e colleghi volevano vedere se la deformazione di una pellicola MXene di carburo di titanio incontaminata in creste simili a fisarmonica avrebbe mantenuto le proprietà elettriche dell'elettrodo aggiungendo flessibilità ed elasticità a un supercondensatore.
I ricercatori hanno disintegrato la polvere di carburo di titanio e alluminio in scaglie con acido fluoridrico e hanno catturato gli strati di nanofogli di carburo di titanio puro come una pellicola ruvida su un filtro. Quindi hanno posizionato il film su un pezzo di elastomero acrilico prestirato che era all'800% della sua dimensione rilassata. Quando i ricercatori hanno rilasciato il polimero, si è ridotto al suo stato originale, e i nanofogli aderiti si accartocciarono in rughe simili a fisarmonica.
Nei primi esperimenti, il team ha scoperto che l'elettrodo migliore era costituito da un film di 3 µm di spessore che poteva essere allungato e rilassato ripetutamente senza essere danneggiato e senza modificare la sua capacità di immagazzinare una carica elettrica. Il team ha utilizzato questo materiale per fabbricare un supercondensatore inserendo un elettrolita in gel di acido polivinilico (alcol)-solforico tra una coppia di elettrodi elastici in carburo di titanio. Il dispositivo aveva un'elevata capacità energetica paragonabile ai supercondensatori basati su MXene sviluppati da altri ricercatori, ma aveva anche un'elasticità estrema fino all'800% senza che i nanofogli si spezzassero. Ha mantenuto circa il 90% della sua capacità di accumulo di energia dopo essere stato allungato 1, 000 volte, o dopo essere stato piegato o attorcigliato. I ricercatori affermano che l'eccellente accumulo di energia e la stabilità elettrica del loro supercondensatore sono attraenti per i dispositivi di accumulo di energia estensibili e i sistemi elettronici indossabili.
