Un microcondensador diseñado por científicos de la Universidad de Rice que puede encontrar su camino hacia la electrónica personal e incluso portátil está recibiendo una actualización. El dispositivo de grafeno inducido por láser se beneficia enormemente cuando el boro se convierte en parte de la mezcla.

El laboratorio de Rice del químico James Tour utiliza láseres comerciales para crear supercondensadores flexibles quemando patrones en polímeros comunes. El láser quema todo menos el carbón a una profundidad de 20 micrones en la capa superior, que se convierte en una matriz espumosa de escamas de grafeno interconectadas.

Al infundir primero el polímero con ácido bórico, los investigadores cuadriplicaron la capacidad del supercondensador para almacenar una carga eléctrica mientras aumentaban enormemente su densidad de energía.

El proceso de fabricación simple también puede ser adecuado para hacer catalizadores, transistores de emisión de campo y componentes para células solares y baterías de iones de litio, ellos dijeron.

La investigación se detalla en la revista American Chemical Society ACS Nano .

Los condensadores se cargan rápidamente y liberan su energía en una ráfaga cuando es necesario, como en el flash de una cámara. Los supercondensadores agregan la capacidad de alta energía de las baterías al paquete y tienen potencial para vehículos eléctricos y otras aplicaciones de servicio pesado. El potencial para reducirlos a un pequeño, flexible, un paquete de fácil producción podría hacerlos adecuados para muchas más aplicaciones, según los investigadores.

En el trabajo anterior, el equipo dirigido por el estudiante graduado de Rice, Zhiwei Peng, probó muchos polímeros y descubrió que una poliimida comercial era la mejor para el proceso. Para el nuevo trabajo, el laboratorio disolvió ácido bórico en ácido polámico y lo condensó en una hoja de poliimida con infusión de boro, que luego fue expuesto al láser.

El proceso de dos pasos produce microcondensadores con cuatro veces la capacidad de almacenar una carga eléctrica y de cinco a diez veces la densidad de energía de los anteriores. versión sin boro. Los nuevos dispositivos demostraron ser altamente estables en 12, 000 ciclos de carga-descarga, reteniendo el 90 por ciento de su capacitancia. En las pruebas de estrés, manejaron 8, 000 ciclos de plegado sin pérdida de rendimiento, informaron los investigadores.

Tour dijo que la técnica se presta a escala industrial, producción rollo a rollo de microcondensadores. "Lo que hemos hecho muestra que se pueden realizar grandes modulaciones y mejoras agregando otros elementos y realizando otras químicas dentro de la película de polímero antes de la exposición al láser, " él dijo.

"Una vez que el láser lo expone, esos otros elementos realizan nuevas químicas que realmente aumentan el rendimiento del supercondensador. Este es un paso para hacerlos aún más aptos para aplicaciones industriales ".