Гибкая электроника может открыть некоторые интересные возможности для гибких дисплеев, носимых устройств или солнечной энергии , но разработка гибких устройств хранения энергии для их питания — совершенно другая задача. Ученые из Китая продемонстрировали творческое решение этой проблемы, разработав новый суперконденсатор, который сохраняет высокую емкость при растяжении и скручивании благодаря складкам гармошки.
В то время как современные литиевые батареи имеют высокую плотность энергии и, следовательно, могут хранить энергию в течение длительных периодов времени, они имеют низкую удельную мощность, что означает, что они могут подавать только небольшие струйки энергии и долго заряжаться. Суперконденсаторы — это инь их янь в том смысле, что они могут заряжаться очень быстро и обеспечивать огромную плотность мощности при разряде, но не могут удерживать столько энергии.
Это делает суперконденсаторы привлекательным предложением для некоторых приложений хранения энергии, и одним из направлений, которым учёные активно занимаются, является питание растягиваемой электроники. Некоторый прогресс, достигнутый к настоящему времени, основан на использовании семейства двумерных высокопроводящих материалов, известных как MXenes. Это карбиды, карбонитриды или нитриды переходных металлов, и исследователям удалось использовать их листы для формирования многослойных электродов суперконденсатора с большой площадью поверхности и, следовательно, с высоким потенциалом накопления энергии.
Но электроды на основе MXene склонны ломаться при сгибании, как в гибких или растягиваемых электронных устройствах, поэтому ученым пришлось интегрировать полимеры или другие материалы, которые делают их более гибкими. Однако одним из недостатков этих добавлений является то, что они приводят к снижению емкости хранения материала.
Авторы нового исследования, возможно, придумали решение этой проблемы, вдохновившись аккордеоном. Под руководством Дэшэна Конга из Нанкинского университета команда начала с изготовления текстурированной пленки из нанолистов чистого карбида титана, которую затем наложили на кусок акрилового эластомера, который был предварительно растянут до 800 процентов от его размера в расслабленном состоянии.
Высвобождение эластомера заставило его сжаться до своего первоначального размера, а нанолисты при этом смялись в складки в стиле гармошки. Этот эластичный MXene служил электродом для суперконденсатора команды, с парой слоев материала толщиной три микрометра, между которыми находился электролит, сделанный из геля поливинила (спирта) серной кислоты.
Последующие эксперименты команды показали, что суперконденсатор, вдохновленный аккордеоном, можно многократно растягивать и расслаблять без повреждений и без ущерба для его способности накапливать заряд. Емкость была сравнима с другими суперконденсаторами, построенными на MXenes, но с основным отличием, что она могла быть увеличена до 800 процентов без трещин. При растяжении материала более 1000 раз его емкость хранения энергии упала только до 90 процентов.
Такая высокая емкость и экстремальная растяжимость могут однажды позволить увидеть, как суперконденсатор команды будет использоваться в носимой электронике или других приложениях, где устройства хранения энергии должны подвергаться деформации.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК