Исследователи из Университета Дьюка и Университета штата Мичиган разработали новый тип суперконденсатора, который остается полностью функциональным, даже когда растягивается до восьми раз от исходного размера. Не наблюдается никакого износа быть многократно растягивается и теряет лишь несколько процентов производительности энергии после 10 000 циклов зарядки и разрядки.
Исследователи видите ионистор быть частью власти-независимая, эластичный, гибкий электронные системы для таких приложений, как носимой электроники и биомедицинских устройств.
Результаты появляются онлайн 19 марта в дело, в журнале из ячейки пресс. Исследовательская группа включает в себя старший автор Чанъюнь КоАП, доцент упаковочной, машиностроительной и электротехнической и компьютерной инженерии в Мичиганском государственном университете (МГУ), и старший автор Джефф Гласс, профессор электрической и компьютерной инженерии в Университете Дьюка. Их соавторами являются аспиранты Ихао Чжоу и Qiwei Хан и ученый Чарльз Паркер от Герцога, а также аспирант призвал САО из Массачусетского технологических институтов.
«Наша цель заключается в разработке инновационных устройств, которые могут выдержать механические деформации, как растяжение, скручивание или изгиб без потери производительности», — сказал Као, директор лаборатории для мягкой машины и электроники в МГУ. «Но если источник питания электронного устройства растягивается не растягивается, то вся система устройства будет вынуждена быть нерастяжимым.»
Ионистор (также иногда называют суперконденсаторами), накапливает энергию, как батарейка, но с некоторыми важными отличиями. В отличие от батарей, которые хранят химически энергию и генерировать заряды с помощью химических реакций, электростатический двухслойный суперконденсатор (EDLSC), накапливает энергию через разделение зарядов и не может создать собственную электроэнергию. Его нужно заряжать от внешнего источника. При заряде, электроны построены на одной части устройства и удален от других, так что, когда обе стороны связаны, электроэнергии быстро течет между ними.
Также в отличие от батареи, суперконденсаторы способны выполнять свои энергии в короткие, но мощные всплески, а не через долгий, медленный ручеек. Они могут также поручить и Discharge гораздо быстрее, чем батарея и переносит много циклов заряд-разряд, чем аккумулятора. Это делает их идеальными для коротких, мощных приложений, таких как вспышка в фотоаппарате или усилителей в стерео.
Но большинство суперконденсаторов столь же твердой и хрупкой, как и любой другой компонент на печатной плате. Вот почему САО и Стекло потратили годы работает на версии растяжению.
В своей новой работе исследователи демонстрируют кульминацией их работы на данный момент, изготовление штампа размером суперконденсаторов, которые могут проводить более двух вольт. При подключении четырех вместе, так как многие устройства требуют для АА или ААА аккумуляторов, суперконденсаторы могут питания двух вольт часы Casio за полтора часа.
Чтобы сделать суперконденсаторы растягивается, стекло и его исследовательская группа впервые выращивать нанотрубки углерода в лесах — патч миллионов нанотрубок всего 15 нанометров в диаметре и 20-30 микрометров в высоту-на верхней части кремниевой пластины. Вот про ширину мельчайших бактерий и высота животной клетки заражает.
Исследователи затем смазать тонким слоем золота нанопленка на вершине нанотрубки углерода в лесах. Золотой слой действует как своего рода электрический коллектор, сбрасывая сопротивление прибора на порядок ниже предыдущих версиях, который позволяет устройству для зарядки и разрядки значительно быстрее.
Затем стекло руки прочь от технологического процесса в КоАП, который переводит нанотрубки углерода в лесах на предварительно растянутый субстрат резина с базы золото-стороны-вниз. Гель-заполнены электрода, затем расслабился, чтобы позволить предварительно процедить, чтобы освободить, заставляя его сокращаться на четверть от своего первоначального размера. Этот процесс мнет вверх тонким слоем золота и Бил вместе «деревья» в нанотрубке углерода в лесах.
«Съежившееся значительно увеличивает площадь поверхности, имеется в небольшом количестве пространства, что увеличивает количество заряда он может держать», — пояснил стекло. «Если бы у нас была вся комната в мире для работы с плоской поверхностью будет прекрасно работать. Но если мы хотим суперконденсатор, который может быть использован в реальных устройствах, нам надо сделать его как можно меньше.»
Супер густой лес, затем заполняют с гелевым электролитом, которые могут подстерегать электронов на поверхности нанотрубки. Когда два этих окончательных электроды зажаты близко друг к другу, применяемого напряжения нагрузки одной стороне с электронами, в то время как другие сливают, создавая заряженный супер-эластичный ионистор.
«У нас еще есть немного потрудиться для построения полной системы растяжению электроники», — сказал ЦАО. «Суперконденсаторы показано в этой статье не пойти так далеко, как мы хотим его еще. Но с этой основой надежной ионистор растягивается, то сможете интегрировать его в систему, которая состоит из эластичного провода, датчики и детекторы, чтобы создать совершенно эластичный устройств».
Суперконденсаторы растягивается, объясняют исследователи, мог привести каких-то футуристических устройств на их собственных, или они могут быть объединены с другими компонентами для преодоления технических проблем. Например, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а затем медленно заряжать аккумулятор, который выступает в качестве основного источника энергии для устройства. Этот подход был использован для регенеративного нарушение в гибридных автомобилях, где энергия вырабатывается быстрее, чем могут быть сохранены. Суперконденсаторы повысить эффективность всей системы. Или как Япония уже продемонстрировала, суперконденсаторы могут власть автобусы для городских поездок, завершая полный подзарядка на каждой остановке в короткое время загрузки и выгрузки пассажиров.
«Многие люди хотят пару суперконденсаторов и батарей вместе,» сказал стекло. «Ионистор можно быстро зарядить и выжить тысячи или даже миллионы циклов зарядки, в то время как аккумуляторы могут хранить больше заряда, так что они могут длиться долгое время. Собрав их вместе, дает вам лучшее из обоих миров. Они заполняют две различные функции в одной и той же электрической системы».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!