(Izquierda) En la estructura de sándwich, los dos electrodos ocupan capas diferentes y se enfrentan entre sí. (Derecha) En la nueva estructura de dientes de peine, los dos electrodos están integrados en el mismo plano. El espacio vacío entre ellos permite que la estructura sea flexible y semitransparente. Crédito:Heng Lit, et al. © 2013 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —La mayoría de las baterías, supercondensadores, y otros dispositivos de almacenamiento de energía se basan en una estructura sándwich, donde dos electrodos se enfrentan entre sí y la carga fluye entre ellos. Sin embargo, cuando estas estructuras están dobladas o dobladas, los electrodos pueden fracturarse fácilmente o el dispositivo puede provocar un cortocircuito si los electrodos entran en contacto directo. En un nuevo estudio, Los investigadores han ideado un nuevo diseño para dispositivos de almacenamiento de energía que es a la vez flexible y semitransparente, en el que los electrodos se fabrican en el mismo plano bidimensional en una nueva estructura de dientes de peine.
Los investigadores, Heng Li, et al., de la Facultad de Física de la Universidad de Pekín en China, han publicado su artículo sobre la nueva estructura para dispositivos electroquímicos flexibles y semitransparentes en un número reciente de Nano letras .
Como explican los investigadores, La clave para lograr la flexibilidad y la semitransparencia del dispositivo es el patrón de dientes de peine del electrodo. Los investigadores demostraron que las nuevas estructuras pueden resistir muchos ciclos de flexión y redoblado, e incluso envolverse alrededor de un bolígrafo, al tiempo que conservan casi todo su buen rendimiento. Las estructuras no requieren espaciadores como los que utilizan algunos dispositivos de estructura sándwich para evitar cortocircuitos. En lugar de, las nuevas estructuras se pueden doblar fácilmente porque hay un espacio vacío natural entre dos áreas vecinas con dientes en forma de peine.
El diseño también se presta a la semitransparencia porque los tamaños de los dientes del peine del electrodo son inferiores a 100 μm, que es el límite de resolución a simple vista. Usando fotolitografía, los investigadores pudieron fabricar dientes de peine con anchos de 40-60 μm, permitiendo una buena penetración de la luz.
Aunque otros transparentes, previamente se han demostrado dispositivos flexibles de almacenamiento de energía, estos diseños generalmente requieren procesos complejos y costosos y no son universales para otros sistemas de dispositivos de energía. A diferencia de, Las nuevas estructuras de dientes en forma de peine se pueden fabricar con métodos simples y se pueden integrar con otros sistemas electrónicos.
Las células solares fabricadas con la estructura de dientes de peine del electrodo muestran una buena semitransparencia y flexibilidad, como se demuestra al estar envuelto alrededor de un bolígrafo de 9 mm de diámetro. Crédito:Heng Lit, et al. © 2013 Sociedad Química Estadounidense
"En años recientes, la electrónica flexible se ha convertido en un punto de acceso y ha habido una explosión de originalidades e ideas en el área, "dijo el coautor Dapeng Yu de la Universidad de Pekín Phys.org . Explicó que la idea del diseño proviene de un estudio que él y algunos de los otros autores publicaron el año pasado sobre células solares hechas con electrodos de alambre.
"Los dispositivos de energía electroquímica (se pueden entender como baterías o celdas) compuestos por dos fibras (una es ánodo, el otro es cátodo) son muy flexibles, "Yu dijo." Nos inspiró la idea, e intentó integrar los electrodos similares a fibras para fabricar un dispositivo plano.
Tal como lo conocemos, hay algunos diseños similares en esta área. Por ejemplo, la estructura interdigital se aplica a supercondensadores, pero todos se fabrican sobre sustratos rígidos y opacos como el silicio. Por lo tanto, no pueden darse cuenta de la transparencia y flexibilidad del dispositivo ".
Aquí, Los investigadores demostraron la nueva estructura en forma de peine mediante la fabricación de células solares sensibilizadas con colorante y supercondensadores basados en el nuevo diseño. El flexible las células solares semitransparentes podrían algún día tener aplicaciones en ventanas inteligentes, fotovoltaica integrada en edificios, y cargadores fotovoltaicos integrados para electrónica portátil. Los supercondensadores también podrían tener una variedad de aplicaciones, incluso para sistemas electrónicos portátiles y transparentes todo en uno de próxima generación.
Además de las células solares y supercondensadores sensibilizados con colorante, El diseño de dientes de peine también podría extenderse a otros sistemas electroquímicos como baterías alcalinas, células solares de punto cuántico, y otros dispositivos de almacenamiento y generación de energía.
"Teóricamente, la estructura de dientes de peine se puede aplicar a casi todo tipo de dispositivos electroquímicos, ", dijo el coautor Qing Zhao de la Universidad de Pekín". el proceso de fabricación debe rediseñarse para materiales electroquímicos individuales. Y planeamos desarrollar más tipos de baterías o celdas flexibles y semitransparentes utilizando el diseño de estructura plana. Por otra parte, la eficiencia de estos dispositivos flexibles y transparentes es un poco menor que la de los dispositivos tradicionales ahora, y queremos mejorar su desempeño en el futuro ".
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