En mikrosuperkondensator designad av forskare vid Rice University som kan hitta sin väg in i personlig och till och med bärbar elektronik får en uppgradering. Den laserinducerade grafenenheten gynnas mycket när bor blir en del av blandningen.

Rice lab av kemisten James Tour använder kommersiella lasrar för att skapa tunna, flexibla superkondensatorer genom att bränna mönster till vanliga polymerer. Lasern bränner bort allt utom kolet till ett djup av 20 mikron på toppskiktet, som blir en skumliknande matris av sammankopplade grafenflingor.

Genom att först infusera polymeren med borsyra, forskarna fyrdubblade superkondensatorns förmåga att lagra en elektrisk laddning samtidigt som dess energitäthet kraftigt ökades.

Den enkla tillverkningsprocessen kan också vara lämplig för framställning av katalysatorer, fältemissionstransistorer och komponenter för solceller och litiumjonbatterier, sa de.

Forskningen är detaljerad i American Chemical Society journal ACS Nano .

Kondensatorer laddar snabbt och släpper ut sin energi i ett skur vid behov, som i en kamerablixt. Superkondensatorer lägger till batteriernas höga energikapacitet i paketet och har potential för elfordon och andra tunga applikationer. Potentialen att krympa dem till en liten, flexibel, enkelt producerat paket kan göra dem lämpliga för många fler applikationer, enligt forskarna.

I det tidigare arbetet, laget som leddes av Rice -doktoranden Zhiwei Peng provade många polymerer och upptäckte att en kommersiell polyimid var den bästa för processen. För det nya arbetet, labbet löste borsyra i polyaminsyra och kondenserade den till ett borinfunderat polyimidark, som sedan exponerades för lasern.

Tvåstegsprocessen producerar mikrosuperkondensatorer med fyra gånger förmågan att lagra en elektrisk laddning och fem till tio gånger energitätheten från den tidigare, borfri version. De nya enheterna visade sig vara mycket stabila över 12, 000 laddnings-urladdningscykler, behåller 90 procent av sin kapacitans. I stresstester, de hanterade 8, 000 böjningscykler utan förlust av prestanda, rapporterade forskarna.

Tour sa att tekniken lämpar sig för industriell skala, roll-to-roll-produktion av mikrosuperkondensatorer. "Det vi har gjort visar att enorma moduleringar och förbättringar kan göras genom att lägga till andra element och utföra andra kemier inom polymerfilmen före exponering för lasern, " han sa.

"När lasern exponerar den, de andra elementen utför nya kemier som verkligen ökar superkondensatorns prestanda. Detta är ett steg för att göra dessa ännu mer anpassade för industriella applikationer. "