Flexibel, bärbar elektronik kräver lika flexibel, bärbara strömkällor. I journalen Angewandte Chemie , Kinesiska forskare har introducerat en utomordentligt töjbar och komprimerbar polyelektrolyt som, i kombination med kolnanorörskompositpapperselektroder, bildar en superkondensator som kan sträckas till 1000 procent i längd och komprimeras till 50 procent i tjocklek med jämn förstärkning, inte förlora kapacitet.
Superkondensatorer överbryggar gapet mellan batterier, som bara är energilagrande enheter, och normala kondensatorer, som frigör och tar upp elektrisk energi väldigt snabbt men inte kan lagra så mycket energi. Med sin förmåga att ladda och frigöra stora mängder elektrisk kraft på mycket kort tid, superkondensatorer används företrädesvis vid regenerativ bromsning, som kraftbuffertar i vindkraftverk, och, alltmer, inom hemelektronik såsom bärbara datorer och digitalkameror. För att göra superkondensatorer lämpliga för framtida elkrav som, till exempel, wearables och papperselektronik, Chunyi Zhi från City University of Hong Kong och hans kollegor letar efter sätt att förse dem med mekanisk flexibilitet. Det kan uppnås med ett nytt elektrolytmaterial:de utvecklade en polyelektrolyt som kan sträckas mer än 10 gånger sin längd och komprimeras till halva sin tjocklek för att behålla full funktionalitet, utan brott, krackning, eller annan skada på dess material.
Elektrolyter i superkondensatorer är ofta baserade på polyvinylalkoholgeler. För att göra sådana geler mekaniskt mer flexibla, elastiska komponenter som gummi eller fibrer måste läggas till. Zhis nya elektrolyt är baserad på en annan princip:Den är sammansatt av en polyakrylamid (PAM) hydrogel förstärkt med vinylfunktionaliserade silikananopartiklar (VSPN). Detta material är både mycket töjbart tack vare tvärbindningarna av vinyl-kiseldioxid-nanopartikeln och mycket ledande tack vare polyelektrolytens natur, som sväller med vatten och både håller och överför joner. "VSNPs tvärbindare fungerar som stressbuffertar för att skingra energi och homogenisera PAM-nätverket. Dessa synergistiska effekter är ansvariga för den inneboende supertöjbarheten och kompressibiliteten hos vår superkondensator, säger Zhi.
För att montera en fungerande superkondensator med denna polyelektrolyt, två identiska kolnanorörskompositpapperselektroder var direkt belagda på varje sida av den försträckta polyelektrolytfilmen. Vid frigivning, en vågig, dragspelsliknande struktur utvecklats, uppvisar överraskande elektrokemiskt beteende. "Den elektrokemiska prestandan förbättras med ökningen av belastningen, " upptäckte forskarna. Och påfrestningen var enorm, superkondensatorn upprätthöll 1000 procent sträckning och 50 procent kompression vid ännu högre eller lika stor kapacitet. Denna flexibilitet gör denna polyelektrolyt mycket attraktiv för nya utvecklingar inklusive bärbar elektronik.
