Устройства, разработанные в лаборатории химика Райса Джеймса Тура, ориентированы на электронику и одежду. Им посвящена новая статья в журнале Advanced Materials.
Микросуперконденсаторы — это не батареи, но по мере совершенствования технологии они становятся на несколько дюймов ближе к ним. Традиционные конденсаторы накапливают энергию и быстро высвобождают ее (как во вспышке камеры), в отличие от обычных литий-ионных батарей, которые долго заряжаются и высвобождают свою энергию по мере необходимости.Микросуперконденсаторы Rice заряжаются в 50 раз быстрее, чем батареи, разряжаются медленнее, чем традиционные конденсаторы, и соответствуют коммерческим суперконденсаторам как по количеству хранимой энергии, так и по передаваемой мощности.Устройства изготавливаются путем выжигания электродных рисунков с помощью промышленного лазера на пластиковые листы в воздухе комнатной температуры, что устраняет сложные условия производства, которые ограничивали широкое применение микросуперконденсаторов.
Исследователи видят путь к рентабельному производству из рулона в рулон.«Сейчас создавать микросуперконденсаторы — головная боль», — сказал Тур. «Они требуют выполнения множества литографических операций. Но их можно сделать за считанные минуты: мы сжигаем образцы, добавляем электролит и покрываем их».Их емкость 934 микрофарада на квадратный сантиметр и плотность энергии 3,2 милливатта на кубический сантиметр конкурируют с коммерческими тонкопленочными литиевыми батареями, а плотность мощности на два порядка выше, чем у батарей, заявили исследователи.
Устройства показали долгий срок службы и механическую стабильность при многократном сгибании 10 000 раз.Их плотность энергии обусловлена природой лазерно-индуцированного графена (LIG). В прошлом году Тур и его группа обнаружили, что при нагревании промышленного полиимидного пластикового листа лазером сгорело все, кроме углерода в верхнем слое, оставив форму графена.
Но вместо плоского листа гексагональных колец атомов лазер оставил губчатый массив графеновых чешуек, прикрепленных к полиимиду, с большой площадью поверхности.Исследователи обработали свои узоры LIG — пересекающиеся, как сложенные руки — диоксидом марганца, оксигидроксидом железа или полианилином посредством электроосаждения и превратили полученные композиты в положительные и отрицательные электроды.
Затем из композитов могут быть сформированы твердотельные микросуперконденсаторы без необходимости использования токоприемников, связующих или разделителей.Тур убежден, что наступает день, когда суперконденсаторы полностью заменят батареи, поскольку системы хранения энергии будут заряжаться за минуты, а не за часы. «Мы еще не совсем там, но все время приближаемся», — сказал он. «Тем временем они могут дополнять батареи с высокой мощностью. То, что у нас есть сейчас, не уступает некоторым коммерческим суперконденсаторам.
И они просто пластиковые».