Forskare vid DGIST har hittat ett billigt sätt att tillverka små energilagringsenheter som effektivt kan driva flexibla och bärbara hudsensorer tillsammans med andra elektroniska enheter, banar väg mot medicinsk fjärrövervakning och diagnoser och bärbara enheter. Deras resultat publicerades i tidskriften Nanoenergi .

Materialforskarna Sungwon Lee och Koteeswara Reddy Nandanapalli vid Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) utvecklade tillverkningsprocessen tillsammans med kollegor i Korea. En nyckel till framgång är att spraya en specifik mängd grafenbläck på flexibla substrat i en specifik vinkel och temperatur.

Lee säger:"Efterfrågan på fjärrdiagnos och bärbara enheter ökar snabbt och därför, många forskare fokuserar sina forskningsansträngningar på att utveckla olika elektroniska hudenheter, som kräver extremt små och flexibla energienheter som strömkälla."

När mikrosuperkondensatorer laddas, positiva och negativa elektriska laddningar ackumuleras på deras elektroder och lagras som energi. Dessa enheter har korta laddnings- och urladdningstider jämfört med batterier, men de kan inte lagra så mycket energi.

Grafen är ett lovande material för att förbättra sin energilagring, eftersom grafenelektroder är mycket porösa och därför ger en större yta för att de nödvändiga elektrostatiska reaktionerna ska inträffa.

Ett annat sätt att förbättra mikrosuperkondensatorns prestanda är genom att tillverka elektroder med sammankopplade tänder, som två kammar, öka mängden energi som kan lagras. Men den här processen är dyr och fungerar inte flexibel, temperaturkänsliga substrat.

Den uppenbara lösningen skulle vara att spruta grafen på ett flexibelt substrat, men vertikal sprutning leder till elektroder som inte är särskilt porösa och som har kompakta lager, ger dem dåliga prestationer.

Lä, Nandanapalli, och deras kollegor sprutade grafenbläck på tunt, flexibla substrat, tillverka en papperstunn mikrosuperkondensator med sammankopplade elektroder och utmärkt prestanda.

Tricket, de utforskade, var att spraya tio milliliter grafenbläck i en 45° vinkel och 80°C temperatur på ett flexibelt substrat. Detta ledde till bildandet av porösa, flerskiktiga elektroder. Teamets mikrosuperkondensator är 23 mikrometer tunn, tio gånger tunnare än papper, och behåller sin mekaniska stabilitet efter 10, 000 böjar. Den kan lagra cirka 8,4 mikrofarads laddning per kvadratcentimeter (2 gånger högre än det värde som rapporteras idag) och har en effekttäthet på cirka 1,13 kilowatt per kilogram (4 gånger högre än för Li-ion-batterier). Teamet visade att det kunde användas i bärbara enheter som fäster på huden.

"Vårt arbete visar att det är möjligt att minska tjockleken på mikrosuperkondensatorer för användning i flexibla enheter, utan att försämra deras prestanda, " säger Lee. Teamet siktar vidare på att förbättra mikrosuperkondensatorernas lagringskapacitet och energiförbrukning för att göra det möjligt att använda i verkliga elektroniska hudenheter.