Hanno pubblicato i loro risultati il ​​29 marzo 2024 in Polyoxometalates .

"I supercondensatori 2D flessibili in genere soffrono di procedure di fabbricazione complicate e dispendiose in termini di tempo e di scarsa resistenza meccanica", ha affermato l'autore corrispondente Wen Li, professore dell'Università di Jilin in Cina. "In questo studio, abbiamo creato un nuovo tipo di elettrodo adesivo tutto in uno che non solo può semplificare il processo di fabbricazione ma anche superare lo spostamento interfacciale dei supercondensatori convenzionali."

I supercondensatori 2D flessibili sono tipicamente strutture sovrapposte a sandwich o strutture piatte 2D. Sotto ripetute deformazioni meccaniche, l'interfaccia tra gli elettrodi e l'elettrolita può spostarsi, rendendo il contatto interfacciale meno efficace.

"Tuttavia, la deformazione complessiva non corrispondente tra l'elettrodo e gli strati elettrolitici di solito causa l'inevitabile spostamento interfacciale e la delaminazione durante la deformazione meccanica ripetuta, dando luogo a un aumento significativo della resistenza di contatto interfacciale tra gli elettrodi e gli strati elettrolitici", ha detto Li.

"Di conseguenza, la velocità di carica/scarica è gravemente ridotta e le prestazioni di accumulo di energia, nonché la stabilità, vengono soppresse. Ancora più frustrante, i dispositivi supercondensatori flessibili integrati in serie per l'uscita ad alta tensione dipendono ancora da molti fili metallici conduttori, che ne limitano in gran parte la flessibilità, la tolleranza alla deformabilità e la miniaturizzazione per le applicazioni pratiche."

Per risolvere i problemi interfacciali ed eliminare i cavi, i ricercatori hanno combinato l’HPA con amminoacidi e materiali di carbonio per costruire una sorta di adesivo umido tutto in uno che trasporta contemporaneamente conduzione elettronica, proprietà redox, deformazione meccanica e adesività. Gli acidi eteropolici (HPA), che fungono da classe di cluster inorganici di dimensioni nanometriche con attività redox rapida e reversibile, consentono al supercondensatore di caricare e scaricare energia in modo rapido e affidabile.

Gli amminoacidi aiutano gli HPA a diventare più flessibili, mentre i materiali di carbonio contribuiscono alla conduzione elettronica. Hanno modellato l'adesivo umido risultante in modo parallelo per formare elettrodi flessibili. Dopo aver colmato il divario tra gli elettrodi paralleli iniettando un elettrolita gel, possono comodamente creare un supercondensatore 2D flessibile.

"Abbiamo scoperto che i componenti di carbonio migliorano la conduzione elettronica; la chimica degli amminoacidi contribuisce all'adesione interfacciale; e i cluster HPA impediscono la formazione di strutture più grandi e dotano l'elettrodo di capacità di trasferimento e immagazzinamento di elettroni", ha detto Li.

"Gli adesivi risultanti sono materiali adattivi e deformabili che facilitano lo sviluppo di supercondensatori 2D flessibili per uscite ad alta tensione con interconnessioni prive di metalli."

I ricercatori hanno affermato che proveranno a creare supercondensatori 2D flessibili e miniaturizzati indipendenti dal substrato per lo sviluppo di dispositivi di potenza impiantabili.

Altri contributori sono Chuanling Mu e Zhanglei Du; entrambi gli studenti hanno studiato insieme a Li all'Università di Jilin.