För närvarande, forskning inom området flexibla och töjbara superkondensatorer är inriktad på att justera elektroder, eftersom de har den mest betydande effekten på prestanda. Dock, separatormaterialen för sådana applikationer förblir i stort sett outforskade. Nyligen, en grupp forskare från Skoltech och Aalto University (Finland) föreslog en ny metod för tillverkning av en all-nanorörs stretchbar superkondensator från SWCNTs filmelektroder och BNNTs separator.

Förutom att vara dielektrisk, porös och kemiskt inert, separatorerna för töjbara superkondensatorer måste tåla böjning och töjning utan allvarliga strukturella skador. Material som är kända för att uppfylla dessa krav inkluderar polymerer och polymerbaserade elektrolyter. Dock, trots att det är billigt och giftfritt, sådana material uppvisar dålig vätning med vattenhaltiga elektrolyter och har problem med mekanisk hållfasthet. Dessutom, deras höga tjocklek (0,2 mm) resulterar i höga inre motstånd hos den monterade enheten. I kontrast, bornitrid -nanorör (BNNT), som användes i detta arbete, är ett dielektriskt nanomaterial som visar hög Youngs modul och draghållfasthet, och anses därför vara perfekta material för töjbara separatorapplikationer. En annan viktig komponent i superkondensatorerna är elektroder, som måste vara mycket ledande och mekaniskt stabila. I den här studien, forskare använde kolnanorörfilmer (CNT) eftersom sådant material har en unik porstruktur, hög specifik yta, låg elektrisk resistivitet och hög kemisk stabilitet, och exceptionellt hög Youngs elasticitetsmodul och draghållfasthet.

BNNT -separatorn med endast 0,5 µm tjocklek säkerställde tillförlitligt kortslutningsskydd och låg ekvivalent seriemotstånd (ESR) hos den töjbara superkapacitorn (SSC). Enheten, tillverkad i en testcellkonfiguration för materialkarakterisering behåller 96 procent av sin initiala kapacitans efter 20 000 laddnings-/urladdningscykler med låg ekvivalent seriemotstånd på 4,6 Ω. Den töjbara superkondensatorns prototyp tål minst 1000 cykler med 50 procent belastning med en liten ökning av den volymetriska kapacitansen och volymetriska effekttätheten från 32 mW cm ⁻³ upp till 40 mW cm ⁻³ efter stretching, vilket är högre än tidigare. Dessutom, ett lågt motstånd på 250 Ω för den som tillverkade stretchbara prototypen erhölls. Den enkla tillverkningsprocessen för sådana anordningar kan enkelt förlängas, gör all-nanoröret töjbara superkondensatorer, presenteras här, lovande element i framtida bärbara enheter.

"I det här arbetet, vi applicerade tunna filmer av SWCNT som elektroder och BNNT som separator för att tillverka all-nanorör stretchbara superkapacitorer. Vi valde att använda SWCNT- och BNNT -filmerna tillsammans på grund av flera viktiga egenskaper, såsom gitterstrukturer, som stärker materialet mellan väggarna i båda materialen och gör det möjligt att testa och karakterisera enheten under mekanisk töjning. Vi har också framgångsrikt löst problemet med separatorns tjocklek och motståndskraft som håller enhetens elastiska egenskaper, "säger Skoltech doktorand Evgenia Gilshteyn, studiens huvudförfattare.

Skoltech -professor Albert Nasibulin tillade:"Tekniken för SSC -tillverkningen är mycket enkel, eftersom det är baserat på tekniker för överföring av torr avsättning och airbrushing. Med sin stabila prestanda, enheten kan fungera som en lovande kandidat för bärbara elektroniska enheter och flexibla energilagringssystem. "