(PhysOrg.com) -- I ett försök att utveckla bärbar elektronik, forskare har designat en ny ultratunn superkondensator som har en kapacitans som är sex gånger högre än den för någon nuvarande kommersiell superkondensator. Vad mer, den nya superkondensatorn testades i vridet tillstånd för att visa sina goda elektrokemiska egenskaper med hög flexibilitet.

Forskarna, Chuizhou Meng, et al., från Tsinghua-Foxconn Nanotechnology Research Center vid Tsinghua University i Peking har publicerat sina resultat i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Som forskarna förklarar, bärbara elektroniska enheter blir allt mindre och flexiblare. Dock, energihushållningskomponenterna - t.ex. batterier och superkondensatorer - tenderar att ligga efter de andra komponenterna när det kommer till liten storlek och flexibilitet. Specifikt, superkondensatorer begränsas av sin konventionella konfiguration, som är en separator inklämd mellan två elektroder förseglade i flytande elektrolyt. De två stora nackdelarna med denna konfiguration är att den flytande elektrolyten kräver säkerhetsinkapslingsmaterial för att förhindra läckage, och de flera delarna av systemet som rör sig i förhållande till varandra minskar enhetens prestanda och livslängd.

I ett försök att designa en energilagringsenhet som är mindre och mer flexibel än tidigare enheter, forskarna vände sig till kolbaserade material. Genom att använda två lätt åtskilda elektroder gjorda av polyanilin (en ledande polymer) och kolnanorör, och stelna dem i en gelpolymer fast tillståndselektrolyt (som samtidigt fungerar som en separator), forskarna kunde tillverka en mycket flexibel superkondensator som var lika tunn som ett standardpapper. De nya materialen och inga rörliga delar gjorde det möjligt för forskarna att övervinna problemen med den konventionella konfigurationen, och ytterligare minska storleken och öka flexibiliteten hos enheten.

"Vi designade innovativt mikrostrukturen och optimerade konfigurationen av våra superkondensatorer för att effektivt kunna utnyttja varje nödvändig komponent, ” sa medförfattaren Changhong Liu till PhysOrg.com. "Vi utelämnade tungmetallströmavtagare och skrymmande inkapsling av konventionella superkondensatorer. Här, kolnanorör bildade ett bra elektriskt ledande nätverk, polyanilin gav extremt stor pseudokapacitans, och det ultratunna mellangelpolymerelektrolytskiktet fungerade samtidigt som en separator. Övergripande, enheterna är mycket flexibla och pappersliknande.”

I tester, forskarna visade att den nya superkondensatorn har en kapacitans på 31,4 F/g när den vrids, jämfört med 5,2 F/g för nuvarande kommersiella superkondensatorer. Den nya superkondensatorn visade också överlägsna egenskaper inom andra områden, såsom hög effekttäthet, låg läckström, och lång livslängd. Forskarna förutspår att dessa egenskaper kan förbättras ytterligare genom att optimera enhetens material och struktur, genom att förkorta avståndet mellan elektroderna.

"Som vi förstår det, denna flexibla pappersliknande superkondensator har mycket högre specifik kapacitans än nuvarande konventionella kommersiella på hög nivå, " sa Liu, och tillägger att forskarna inte kunde garantera att de kände till alla kommersiella enheter.

Forskarna visade också hur tre tvinnade superkondensatorer kopplade i serie kunde användas för att tända en röd lysdiod. Efter 15 minuters laddning vid 2,5 V, de ihoprullade superkondensatorerna tände lysdioden i nästan 30 minuter. Med tanke på dess höga kapacitans och flexibilitet som överträffar nuvarande kommersiella superkondensatorer, den nya superkondensatorn ska vara attraktiv för användning i bärbar elektronik, ett område som fortfarande bara börjar utforskas.

"Vi tror att denna lätta och flexibla energilagringsenhet kommer att ha stor applikationspotential i framtida bärbar elektronik, sa Liu. "Till exempel, integrerad med flexibel displayteknik, det kommer att göra en flexibel elektronisk bok riktigt papperslik, genom att spara mycket vikt och utrymme. Och i framtiden, när flexibla storskaliga integrerade kretsar blir verklighet, en lätt och flexibel bärbar dator förväntas mycket.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.