Ett genombrott inom energilagringsteknik kan väcka en ny generation flexibla elektroniska enheter till liv, inklusive soldrivna proteser för amputerade.

I en ny artikel publicerad idag i tidningen Avancerad vetenskap , ett team av ingenjörer från University of Glasgow diskuterar hur de har använt lager av grafen och polyuretan för att skapa en flexibel superkondensator som kan generera kraft från solen och lagra överskottsenergi för senare användning.

De demonstrerar effektiviteten av sitt nya material genom att driva en serie enheter, inklusive en sträng med 84 strömhungriga lysdioder och motorerna med högt vridmoment i en protetisk hand, så att den kan greppa en serie objekt.

Forskningen om energiautonom e-skin och wearables är den senaste utvecklingen från University of Glasgows forskningsgrupp Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST), ledd av professor Ravinder Dahiya.

Det översta beröringskänsliga skiktet som utvecklats av BEST -gruppens forskare är tillverkat av grafen, en mycket flexibel, transparent "supermaterial" form av kolskikt bara en atom tjock.

Solljus som passerar genom det översta lagret av grafen används för att generera kraft via ett lager av flexibla fotovoltaiska celler nedan. Eventuell överskottsström lagras i en nyutvecklad superkondensator, tillverkad av en grafit-polyuretanskomposit.

Teamet arbetade med att utveckla ett förhållande mellan grafit och polyuretan som ger en relativt stor, elektroaktiv yta där kraftgenererande kemiska reaktioner kan äga rum, skapa en energität flexibel superkondensator som kan laddas och urladdas mycket snabbt.

Liknande superkondensatorer utvecklade tidigare har levererat spänningar på en volt eller mindre, gör enstaka superkondensatorer i stort sett olämpliga för att driva många elektroniska enheter. Teamets nya superkondensator kan leverera 2,5 volt, vilket gör den mer lämpad för många vanliga applikationer.

I laboratorietester, superkondensatorn har drivits, urladdat och drivs igen 15, 000 gånger utan någon betydande förlust av dess förmåga att lagra den kraft den genererar.

Professor Ravinder Dahiya, Professor i elektronik och nanoteknik vid University of Glasgow School of Engineering, som ledde denna forskning sa:"Detta är den senaste utvecklingen i en rad framgångar vi har haft för att skapa flexibla, grafenbaserade enheter som kan driva sig från solljus.

"Vår tidigare generation av flexibel e-skin behövde cirka 20 nanowatt per kvadratcentimeter för dess drift, vilket är så lågt att vi fick överskottsenergi även med de fotovoltaiska cellerna av lägsta kvalitet på marknaden.

"Vi var angelägna om att se vad vi kunde göra för att fånga den extra energin och lagra den för användning vid ett senare tillfälle, men vi var inte nöjda med dagens typer av energilagringsenheter som batterier för att göra jobbet, eftersom de ofta är tunga, icke-flexibel, benägen att bli varm, och långsam att ladda.

"Vår nya flexibla superkondensator, som är tillverkad av billiga material, tar oss en bit bort mot vårt slutmål att skapa helt självförsörjande flexibla, soldrivna enheter som kan lagra den kraft de genererar.

"Det finns en enorm potential för enheter som proteser, bärbara hälsoövervakare, och elfordon som använder denna teknik, och vi är angelägna om att fortsätta förfina och förbättra de genombrott vi har gjort redan inom detta område. "

Lagets papper, med titeln "Graphene-Graphite Polyurethane Composites based High-Energy Density Flexible Supercapacitors, "publiceras i Avancerad vetenskap .