(Phys.org)—Standardutseendet för dagens elektroniska enheter som solid, svarta föremål kan en dag förändras helt när forskare gör elektroniska komponenter som är transparenta och flexibla. Arbetar mot detta mål, forskare i en ny studie har utvecklat transparenta, flexibla superkondensatorer gjorda av nanorörsfilmer i kol. De högpresterande enheterna skulle en dag kunna användas för att lagra energi för allt från bärbar elektronik till solceller.

Forskarna, Kanninen et al. , från institutioner i Finland och Ryssland, har publicerat en artikel om de nya superkondensatorerna i ett nyligen utgåva av Nanoteknik .

I allmänhet, superkondensatorer kan lagra flera gånger mer laddning i en given volym eller massa än traditionella kondensatorer, har snabbare laddnings- och urladdningshastigheter, och är mycket stabila. Under de senaste åren, forskare har börjat arbeta med att göra superkondensatorer som är transparenta och flexibla på grund av deras potentiella användning i en mängd olika applikationer.

"Möjliga applikationer kan grovt delas in i två kategorier:produkter med högt estetiskt värde, som aktivitetsband och smarta kläder, och naturligt transparenta slutanvändningar, som skärmar och fönster, "medförfattare Tanja Kallio, en docent vid Aalto-universitetet som för närvarande är gästprofessor vid Skolkovo Institute of Science and Technology, berättade Phys.org . "De senare inkluderar, till exempel, sådana framtida applikationer som smarta fönster för bilar och flygfordon, självdrivna upprullade displayer, självdriven bärbar optoelektronik, och elektronisk hud."

Den typ av superkondensator som utvecklades här, kallas en elektrokemisk dubbelskiktskondensator, är baserad på kol med hög yta. En främsta kandidat för detta material är enkelväggiga kolnanorör på grund av deras kombination av många tilltalande egenskaper, inklusive en stor yta, hög styrka, hög elasticitet, och förmågan att motstå extremt höga strömmar, vilket är viktigt för snabb laddning och urladdning.

Problemet hittills, dock, har varit att kolnanorören måste prepareras som tunna filmer för att kunna användas som elektroder i superkondensatorer. Nuvarande tekniker för att framställa enkelväggiga tunna filmer av kolnanorör har nackdelar, resulterar ofta i defekta nanorör, begränsad ledningsförmåga, och andra prestandabegränsningar.

I den nya studien, forskarna visade en ny metod för att tillverka tunna filmer gjorda av enkelväggiga kolnanorör med en enstegs aerosolsyntesmetod. När den ingår i en superkondensator, de tunna filmerna uppvisar den högsta transparensen hittills (92 %), den högsta massspecifika kapacitansen (178 F/g), och en av de högsta areaspecifika kapacitanserna (552 µF/cm ² ) jämfört med andra kolbaserade, flexibel, transparenta superkondensatorer. Filmerna har också en hög stabilitet, vilket framgår av det faktum att deras kapacitans inte försämras efter 10, 000 laddningscykler.

Med dessa fördelar, den nya enheten illustrerar den fortsatta förbättringen av utvecklingen av transparenta, flexibla superkondensatorer. I framtiden, forskarna planerar att ytterligare förbättra energitätheten, flexibilitet, och hållbarhet, och gör även superkondensatorerna töjbara.

"En ytterligare viktig egenskap som måste realiseras och snarast förväntas i framtida elektronik är töjbarheten hos de ledande materialen och de sammansatta elektroniska komponenterna, " sa medförfattaren Albert Nasibulin, en professor vid Skolkovo Institute of Science and Technology och en adjungerad professor vid Aalto-universitetet. "Tillsammans med Tanja, vi arbetar för närvarande på en ny typ av töjbar och transparent enkelväggig kolnanorörssuperkondensator. Vi är övertygade om att man kan skapa prototyper baserade på kolnanorör som kan motstå 100% förlängning utan prestandaförsämring."

© 2016 Phys.org