El investigador postdoctoral de la Universidad de Rice, Yang Yang, posee una unidad de almacenamiento de energía con las mejores cualidades de baterías y supercondensadores en un formato escalable, paquete flexible. Crédito:Jeff Fitlow
(Phys.org) —Un laboratorio de la Universidad de Rice tiene electrónica portátil y ponible en su punto de mira con la creación de una película delgada para el almacenamiento de energía.
El químico de Rice James Tour y sus colegas han desarrollado un material flexible con electrodos nanoporosos de fluoruro de níquel en capas alrededor de un electrolito sólido para ofrecer un rendimiento de supercondensador similar a una batería que combina las mejores cualidades de una batería de alta energía y un supercondensador de alta potencia sin el litio. que se encuentran en las baterías comerciales de hoy.
El nuevo trabajo del laboratorio Rice del químico James Tour se detalla en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
Su condensador electroquímico tiene aproximadamente una centésima de pulgada de grosor, pero se puede ampliar para dispositivos ya sea aumentando el tamaño o agregando capas, dijo el investigador postdoctoral de Rice, Yang Yang, coautor principal del artículo con el estudiante de posgrado Gedeng Ruan. Esperan que las técnicas de fabricación estándar permitan que la batería sea aún más delgada.
En pruebas, los estudiantes encontraron que su dispositivo de pulgadas cuadradas tenía el 76 por ciento de su capacidad sobre 10, 000 ciclos de carga-descarga y 1, 000 ciclos de plegado.
Tour dijo que el equipo se propuso encontrar un material que tuviera las cualidades flexibles del grafeno, nanotubos de carbono y polímeros conductores, mientras que poseen una capacidad de almacenamiento eléctrico mucho mayor que se encuentra típicamente en compuestos metálicos inorgánicos. Los compuestos inorgánicos tienen, hasta hace poco, carecía de flexibilidad, él dijo.
Una película porosa de fluoruro de níquel de menos de una micra de espesor, visto aquí en una imagen de microscopio electrónico, es un electrodo eficaz en un nuevo tipo de batería creado en la Universidad de Rice. La película flexible combina las mejores cualidades de supercondensadores y baterías para uso potencial en electrónica flexible. Crédito:Tour Group
"Esto no es fácil de hacer, debido a que los materiales con una capacidad tan alta suelen ser frágiles, ", dijo." Y lo hemos pasado muy bien, sistemas flexibles de almacenamiento de carbono en el pasado, pero el carbono como material nunca ha alcanzado el valor teórico que se puede encontrar en los sistemas inorgánicos, y fluoruro de níquel en particular ".
"En comparación con un dispositivo de iones de litio, la estructura es bastante simple y segura, ", Dijo Yang." Se comporta como una batería, pero la estructura es la de un supercondensador. Si lo usamos como supercondensador, podemos cargarlo rápidamente a una alta tasa de corriente y descargarlo en muy poco tiempo. Pero para otras aplicaciones, descubrimos que podemos configurarlo para que se cargue más lentamente y se descargue lentamente como una batería ".
Los electrodos de fluoruro de níquel alrededor de un electrolito sólido son un dispositivo de almacenamiento de energía eficaz que combina las mejores cualidades de las baterías y los supercondensadores. según investigadores de la Universidad de Rice. Los electrodos se recubren sobre un respaldo de oro y polímero (que se puede quitar) y se vuelven porosos mediante un proceso de grabado químico. Crédito:Tour Group / Rice University
Para crear la batería / supercondensador, el equipo depositó una capa de níquel en un respaldo. Lo grabaron para crear poros de 5 nanómetros dentro de la capa de fluoruro de níquel de 900 nanómetros de espesor, dándole una gran superficie de almacenamiento. Una vez que quitaron el respaldo, emparejaron los electrodos alrededor de un electrolito de hidróxido de potasio en alcohol polivinílico. Las pruebas no encontraron degradación de la estructura de los poros incluso después de 10, 000 ciclos de carga / recarga. Los investigadores tampoco encontraron una degradación significativa de la interfaz electrodo-electrolito.
Los investigadores de la Universidad de Rice han creado una nueva tecnología de almacenamiento de energía flexible que no utiliza litio. Desde la izquierda, investigador postdoctoral Yang Yang, El profesor James Tour y el estudiante de posgrado Gedeng Ruan. Crédito:Jeff Fitlow
"Las cifras son excesivamente altas en cuanto a la potencia que puede ofrecer, y es un método muy simple para crear sistemas de alta potencia, "Tour dijo, agregando que la técnica se muestra prometedora para la fabricación de otros materiales nanoporosos 3-D. "Ya estamos hablando con empresas interesadas en comercializar esto".
El estudiante graduado de Rice, Changsheng Xiang, y el investigador postdoctoral Gunuk Wang son coautores del artículo.
La Beca Postdoctoral Peter M. y Ruth L. Nicholas del Instituto Smalley de Ciencia y Tecnología a Nanoescala y la Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea apoyaron la investigación.
