(Phys.org) – Ett Rice University-laboratorium har flexibla, bärbar och bärbar elektronik i sikte med skapandet av en tunn film för energilagring.

Riskemist James Tour och hans kollegor har utvecklat ett flexibelt material med nanoporösa nickelfluoridelektroder skiktade runt en fast elektrolyt för att leverera batteriliknande superkondensatorprestanda som kombinerar de bästa egenskaperna hos ett högenergibatteri och en kraftfull superkondensator utan litium finns i kommersiella batterier idag.

Det nya arbetet av kemisten James Tours Rice-lab beskrivs i detalj i Journal of the American Chemical Society .

Deras elektrokemiska kondensator är ungefär en hundradels tum tjock men kan skalas upp för enheter antingen genom att öka storleken eller lägga till lager, sa Rice postdoktor Yang Yang, huvudförfattare av tidningen tillsammans med doktoranden Gedeng Ruan. De förväntar sig att standardtillverkningstekniker kan göra att batteriet blir ännu tunnare.

I tester, eleverna fann att deras kvadrattumsenhet höll 76 procent av sin kapacitet över 10, 000 laddnings-urladdningscykler och 1, 000 böjcykler.

Tour sa att laget gav sig i kast med att hitta ett material som har de flexibla egenskaperna hos grafen, kolnanorör och ledande polymerer samtidigt som de har mycket högre elektrisk lagringskapacitet som vanligtvis finns i oorganiska metallföreningar. Oorganiska föreningar har, tills nyligen, saknade flexibilitet, han sa.

"Det här är inte lätt att göra, eftersom material med så hög kapacitet vanligtvis är spröda, " sa han. "Och vi har haft det riktigt bra, flexibla kollagringssystem i det förflutna, men kol som material har aldrig träffat det teoretiska värdet som kan hittas i oorganiska system, och nickelfluorid i synnerhet."

"Jämfört med en litiumjonenhet, strukturen är ganska enkel och säker, ", sa Yang. "Det beter sig som ett batteri men strukturen är som en superkondensator. Om vi ​​använder den som en superkondensator, vi kan ladda snabbt med hög strömhastighet och ladda ur den på mycket kort tid. Men för andra applikationer, vi upptäcker att vi kan ställa in den för att ladda långsammare och att ladda ur långsamt som ett batteri."

För att skapa batteriet/superkondensatorn, laget deponerade ett nickellager på ett underlag. De etsade det för att skapa 5 nanometer porer i det 900 nanometer tjocka nickelfluoridlagret, ger den stor yta för förvaring. När de väl tagit bort baksidan, de placerade elektroderna runt en elektrolyt av kaliumhydroxid i polyvinylalkohol. Testning fann ingen nedbrytning av porstrukturen även efter 10, 000 laddnings-/uppladdningscykler. Forskarna fann inte heller någon signifikant nedbrytning av elektrod-elektrolytgränssnittet.

"Siffrorna är oerhört höga i den kraft som den kan leverera, och det är en mycket enkel metod att göra kraftfulla system, " Tour sa, tillägger att tekniken visar lovande för tillverkning av andra 3-D nanoporösa material. "Vi pratar redan med företag som är intresserade av att kommersialisera detta."

Rice-studenten Changsheng Xiang och postdoktoralen Gunuk Wang är medförfattare till uppsatsen.

Peter M. och Ruth L. Nicholas postdoktorala stipendium vid Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology och Air Force Office of Scientific Researchs multidisciplinära universitetsforskningsinitiativ stödde forskningen.