«Скомканный» графен – идеальный материал для изготовления гибких суперконденсаторов 05.11.2014

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