«Скомканный» графен – идеальный материал для изготовления гибких суперконденсаторов

«Скомканный» графен – идеальный материал для изготовления гибких суперконденсаторов

В настоящее время суперконденсаторы, конденсаторы огромной электрической ёмкости и с малыми токами собственной утечки, рассматриваются в качестве кандидатов на замену традиционным аккумуляторным батареям во множестве различных областей, начиная от миниатюрной электроники и заканчивая электрическими автомобилями. В большинстве случаев для изготовления электродов суперконденсаторов используют активированный уголь – материал, обладающий огромным значением эффективной площади поверхности. Единственным недостатком активированного угля является то, что этот материал твёрд и хрупок, что не допускает его использования при создании гибких суперконденсаторов.

Среди известных углеродных материалов ещё одним перспективным кандидатом на роль материала электродов суперконденсаторов является графен – углерод, имеющий кристаллическую решётку одноатомной толщины. Графен гибок и невероятно прочен, он обладает высокой электрической проводимостью, за счёт чего он может работать на высоких частотах, но, к сожалению, графеновая плёнка совершенно не поддаётся растяжению.

Проблема с эластичностью графена была успешно решена исследователями из Массачусетского технологического института, которые в качестве электродов суперконденсаторов предложили использовать графен, подвергнутый специальной обработке. После этой обработки графеновые плёнки приобрели вид изрядно помятого листа бумаги, который, как известно, может растягиваться в некоторых пределах за счёт частичного распрямления деформирующих его изгибов. Кроме придания графену свойств эластичности, технология деформации позволила увеличить его эффективную площадь поверхности.

За счёт «комкания» и последующего «растяжения» размер графеновой «бумаги» может увеличиться в восемь раз по отношению к первоначальному размеру, а без потерь любых характеристик скомканная графеновая бумага выдерживает 1000 циклов деформации. «Все приведённые здесь значения являются лишь нашими первоначальными успехами, – рассказывает доцент из Массачусетского технологического института Ксуэнх Жао (Xuanhe Zhao). – Некоторые усовершенствования разработанной технологии, которые мы собираемся сделать в ближайшее время, позволят нам добиться ещё большего уровня деформации графена, увеличить его значение эффективной площади поверхности и увеличить количество циклов деформации».

Процесс изготовления «скомканного» графена достаточнопрост и дёшев по сравнению с другими процессами изготовления электродов гибких суперконденсаторов. Берётся лист графеновой плёнки и размещается в механическом устройстве, которое деформирует графен в одном направлении, создавая последовательность параллельных сгибов. Затем материал поворачивается и подвергается ещё нескольким циклам «комкания» под разными углами, получая абсолютно хаотично деформированную структуру поверхности.

В качестве изолирующего слоя суперконденсатора используется тончайший слой гидрогеля – гибкого и эластичного материала, зажатого между двумя слоями «скомканного» графена.

«Создание суперконденсаторов, выдерживающих изгибание, растяжение или другие виды деформации, является достаточно сложной проблемой, над которой уже достаточно давно и не очень успешно бьются различные группы учёных, – рассказывает профессор из университета Монаша (Monash University), Австралия Дэн Ли (Dan Li). – Теперь, благодаря работе исследователей из Массачусетса, момент появления гибких портативных устройств аккумулирования энергии на основе суперконденсаторов стал ближе».

Dailytechinfo.org со ссылкой на Spectrum.ieee.org

На данном сайте используются cookie для сбора информации технического характера и обрабатывается Ваш IP-адрес. Продолжая использовать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookies.

Яндекс.Метрика