En lättviktare, kompakt och effektiv superkondensator tryckt på ett flexibelt plastark har utvecklats av forskare vid Indian Institute of Science (IISc).

Superkondensatorer är enheter som en dag kan ersätta batterier som används i elbilar, mobiltelefoner eller bärbara datorer, eftersom de laddar väldigt snabbt, och arbeta med nästan 100 procent effektivitet. Men de är vanligtvis skrymmande och kan bara lagra begränsade mängder energi. Att minska deras storlek utan att förlora effektivitet har visat sig vara utmanande. Att tillverka dem med befintliga metoder är också kostsamt och komplicerat.

I den aktuella studien, IISc -teamet skapade en kompakt superkondensator genom att använda en enkel spraybeläggningsteknik för att avsätta alternerande lager av hybridnanokompositer på ett böjbart plastark. Mönstringen lager för lager ökade ytan och ökade laddningarnas rörelse, gör enheten mer effektiv än befintliga superkondensatorer.

"Vi kan faktiskt skriva ut dessa superkondensatorer var som helst, på vilket underlag som helst; så de kan enkelt monteras på vilken yta som helst precis som en enkel spray på väggarna, säger seniorförfattaren Abha Misra, docent vid Institutionen för instrumentering och tillämpad fysik, IISc.

Studien publicerades i ACS tillämpade material och gränssnitt .

Superkondensatorer är användbara för att snabbt släppa ut stora mängder energi, i en kamera ficklampa, till exempel, eller i dynamiska bromsar i bilar, tåg och hissar. De laddas inte bara snabbt, men håller också längre och är mindre giftiga än batterier.

Till skillnad från ett batteri som använder kemiska reaktioner, en superkondensator använder statisk elektricitet för att lagra laddning. Den har två elektroder doppad i en elektrolyt och åtskilda av en tunn isolator. När elektroderna är laddade, ett elektriskt fält skapas mellan dem, som gör att energi kan lagras. Ju större yta på elektroderna, desto större är laddningen som kan lagras.

För närvarande använda superkondensatorer kan inte konkurrera med batterier inom energilagring; en superkondensator med samma lagringskapacitet som ett vanligt batteri skulle väga upp till 40 gånger så mycket. För att göra dem både lätta och effektiva, forskare har försökt använda material som kolnanorör eller reducerad grafenoxid för att förbereda elektroderna. Använda traditionell litografi för att tillverka dem, dock, skapar bulkstrukturer med mindre ytarea för laddningar att röra sig. Processen är också dyr och tidskrävande.

Istället, Misras team använde en enkel sprutteknik för att avsätta tunna, alternerande lager av MnO ₂ -belagda kolnanorör (CNT) och reducerad grafenoxid (rGO). Dessa lager staplades ovanpå en rostfri mask monterad på en vanlig PET -plastplåt. Denna typ av mönster ökade inte bara ytan, men placerade också materialet strategiskt för att laddningarna skulle kunna flyttas effektivt.

Den skiktade hybridsuperkondensatorn visade en mycket större kapacitans - ett mått på hur mycket energi som kunde lagras - jämfört med strukturer som bara hade CNT, bara rGO, eller en slumpmässig blandning av de två materialen. För samma storlek, den visade också större lagringskapacitet än befintliga superkondensatorer som hittills rapporterats. Att böja det superkondensatortryckta arket påverkade inte heller dess prestanda, vilket gör den användbar för flexibla energilagringsapplikationer.