Bing Hu, en postdoktor, förbereder en liten fyrkant av vanligt papper till med ett bläck som kommer att avsätta nanorör på ytan som sedan kan laddas med energi för att skapa ett batteri.
(PhysOrg.com) - Stanfords forskare använder nanoteknik för att snabbt producera ultralätt, böjbara batterier och superkondensatorer i form av vardagspapper.
Att helt enkelt belägga ett pappersark med bläck tillverkat av kolnanorör och silvernanotrådar blir en mycket ledande lagringsenhet, sa Yi Cui, biträdande professor i materialvetenskap och teknik.
"Samhället behöver verkligen en låg kostnad, högpresterande energilagringsenhet, som batterier och enkla superkondensatorer, " han sa.
Som batterier, kondensatorer håller en elektrisk laddning, men för en kortare tid. Dock, kondensatorer kan lagra och ladda ur elektricitet mycket snabbare än ett batteri.
Cuis arbete rapporteras i tidningen "Highly Conductive Paper for Energy Storage Devices, " publicerades online denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences.
"Dessa nanomaterial är speciella, ", sa Cui. "De är en endimensionell struktur med mycket små diametrar." Den lilla diametern hjälper nanomaterialet att fästa starkt på det fibrösa papperet, vilket gör batteriet och superkondensatorn mycket hållbar. Pappersöverkapacitorn kan vara upp till 40, 000 laddnings-urladdningscykler - åtminstone en storleksordning mer än litiumbatterier. Nanomaterialen är också idealiska ledare eftersom de förflyttar elektricitet mycket mer effektivt än vanliga ledare, sa Cui.
Cui hade tidigare skapat energilagringsenheter för nanomaterial med hjälp av plast. Hans nya forskning visar att ett pappersbatteri är mer hållbart eftersom bläcket fäster starkare på papper (svarar på frågan, "Papper eller plast?"). Vad mer, du kan skrynkla eller vika pappersbatteriet, eller till och med blötlägg det i sura eller basiska lösningar, och prestandan försämras inte. "Vi har bara inte testat vad som händer när du bränner det, " han sa.
Pappers flexibilitet möjliggör många smarta tillämpningar. "Om jag vill måla min vägg med en ledande energilagringsenhet, " Cui sa, "Jag kan använda en borste." I hans labb, han demonstrerade batteriet för en besökare genom att ansluta det till en LED (ljusdiod), som lyste starkt.
En papperssuperkondensator kan vara särskilt användbar för applikationer som el- eller hybridbilar, som är beroende av snabb överföring av el. Papperssuperkondensatorns höga yta-till-volymförhållande ger den en fördel.
"Den här tekniken har potential att kommersialiseras inom en kort tid, sa Peidong Yang, professor i kemi vid University of California-Berkeley. "Jag tror inte att det kommer att begränsas till bara energilagringsenheter, " sa han. "Det här är potentiellt en mycket trevlig, låg kostnad, flexibel elektrod för alla elektriska enheter."
Cui förutspår att den största påverkan kan bli storskalig lagring av el på distributionsnätet. Överskott el produceras på natten, till exempel, skulle kunna sparas för högbelastningsperioder under dagen. Vindparker och solenergisystem kan också kräva lagring.
"Den viktigaste delen av detta papper är hur en enkel sak i det dagliga livet - papper - kan användas som ett substrat för att göra funktionella ledande elektroder genom en enkel process, " sa Yang. "Det är nanoteknik relaterad till det dagliga livet, väsentligen."
Cuis forskargrupp inkluderar postdoktorala forskare Liangbing Hu och JangWook Choi, och doktorand Yuan Yang.
Tillhandahålls av Stanford University (nyheter:web)
