Una imagen de microscopio electrónico muestra la sección transversal de grafeno inducido por láser quemado en ambos lados de un sustrato de poliimida. El material flexible creado en la Universidad de Rice tiene potencial para su uso en electrónica o para almacenamiento de energía. Crédito:Tour Group / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice avanzaron en su reciente desarrollo de grafeno inducido por láser (LIG) mediante la producción y prueba apiladas, supercondensadores tridimensionales, dispositivos de almacenamiento de energía que son importantes para portátiles, electrónica flexible.
El laboratorio de Rice del químico James Tour descubrió el año pasado que disparar un láser a un polímero económico quemaba otros elementos y dejaba una película de grafeno poroso. la red de carbono de un átomo de espesor muy estudiada. Los investigadores vieron el poroso, material conductor como electrodo perfecto para supercondensadores o circuitos electrónicos.
Probarlo, Desde entonces, los miembros del grupo Tour han ampliado su trabajo para fabricar supercondensadores alineados verticalmente con grafeno inducido por láser en ambos lados de una lámina de polímero. Luego, las secciones se apilan con electrolitos sólidos en el medio para un sándwich multicapa con múltiples microcondensadores.
Las pilas flexibles muestran una excelente capacidad de almacenamiento de energía y potencial de potencia y pueden ampliarse para aplicaciones comerciales. LIG se puede fabricar en aire a temperatura ambiente, quizás en cantidades industriales a través de procesos de rollo a rollo, Tour dijo.
La investigación se informó esta semana en Materiales e interfaces aplicados .
Los condensadores utilizan una carga electrostática para almacenar energía que pueden liberar rápidamente, al flash de una cámara, por ejemplo. A diferencia de las baterías recargables de base química, los condensadores se cargan rápidamente y liberan toda su energía a la vez cuando se activan. Pero las baterías químicas contienen mucha más energía. Los supercondensadores combinan cualidades útiles de ambos, la carga / descarga rápida de los condensadores y la capacidad de alta energía de las baterías, en un solo paquete.
Los supercondensadores LIG parecen capaces de hacer todo eso con los beneficios adicionales de flexibilidad y escalabilidad. La flexibilidad garantiza que puedan adaptarse fácilmente a diversos paquetes:se pueden enrollar dentro de un cilindro, por ejemplo, sin renunciar al rendimiento del dispositivo.
Un esquema muestra el proceso desarrollado por científicos de la Universidad de Rice para fabricar microcondensadores verticales con grafeno inducido por láser. Los dispositivos flexibles muestran potencial para su uso en dispositivos electrónicos portátiles y de próxima generación. Crédito:Tour Group / Rice University
"Lo que hemos hecho es comparable a los microcondensadores que se comercializan ahora, pero nuestra capacidad para colocar dispositivos en una configuración 3-D nos permite empaquetar muchos de ellos en un área muy pequeña, "Dijo Tour." Simplemente los apilamos.
"La otra clave es que estamos haciendo esto de manera muy simple. Nada en el proceso requiere una sala limpia. Se realiza en un sistema láser comercial, como se encuentra en talleres de máquinas de rutina, en el aire libre."
Ondulaciones Las arrugas y los poros de menos de 10 nanómetros en la superficie y las imperfecciones a nivel atómico le dan a LIG su capacidad para almacenar mucha energía. Pero el grafeno conserva su capacidad para mover electrones rápidamente y le da las características de carga y liberación rápidas de un supercondensador. En las pruebas, los investigadores cargaron y descargaron los dispositivos durante miles de ciclos sin casi ninguna pérdida de capacitancia.
Para mostrar qué tan bien se amplían sus supercondensadores para las aplicaciones, los investigadores conectaron pares de cada variedad de dispositivos en serie y en paralelo. Como se esperaba, encontraron que los dispositivos seriales entregaban el doble de voltaje de trabajo, mientras que los paralelos duplicaron el tiempo de descarga a la misma densidad de corriente.
Los supercondensadores verticales casi no mostraron cambios en el rendimiento eléctrico cuando se flexionaron, incluso después de las 8, 000 ciclos de plegado.
Tour dijo que si bien las baterías de iones de litio de película delgada pueden almacenar más energía, Los supercondensadores LIG del mismo tamaño ofrecen tres veces el rendimiento en potencia (la velocidad a la que fluye la energía). Y los dispositivos LIG se pueden escalar fácilmente para aumentar la capacidad.
"Hemos demostrado que estos serán excelentes componentes de la electrónica flexible que pronto se integrarán en la ropa y los bienes de consumo, " él dijo.
