Metalliton superkondensaattoripino grafeenista

Guangdongin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän ohutkalvoisten superkondensaattoreiden (TFSC) rakentamiseen ilman metalliosia tai perinteisiä erottimia.

Heidän pieni 3,8 cm³:n kokonaisuus pystyy tuottamaan jopa 200 volttia – riittävästi sytyttämään 100 LEDiä 30 sekunnin ajan tai 3 watin polttimon 7 sekunnin ajan.

Menetelmä voisi toimia virtalähteenä seuraavan sukupolven mikroelektronisille laitteille, erityisesti niille, joita käytetään ankarissa tai ahtaissa ympäristöissä.

Teknologian ytimessä on yksinkertainen mutta tehokas laserprosessi. Tutkijat käyttävät CO₂-laseria muuntaakseen kaupallisen polyimidi (PI) -paperin arkkeja 3D-grafeeniksi – erinomaiseksi materiaaliksi sähkön varastointiin ja johtamiseen.

Tällä grafeenipaperilla on useita tehtäviä: se toimii samanaikaisesti energiaa varastoivana elektrodina, sähköliittimenä ja rakenteellisena tukena.

”Perinteiset superkondensaattorit käyttävät kookkaita metallikomponentteja ja monimutkaista johdotusta useiden kennojen yhdistämiseen”, sanoo professori Huilong Liu. ”Menetelmämme yksinkertaistaa materiaaleja ja suunnittelua samalla, kun se saavuttaa korkean jännitteen ja vakaan suorituskyvyn.”

Grafeenin rakenteen ja johtavuuden optimointien avulla he pystyivät tuottamaan jatkuvasti grafeenilevyjä, joilla oli alhainen resistanssi ja vahvat sähkökemialliset ominaisuudet.

Uudessa rakenteessa hydrogeelielektrolyytti toimii myös erottimena, ja itse PI-paperi määrittää kunkin kennon muodon. Itsekantavat grafeenikerrokset mahdollistavat kaikkien komponenttien tiiviin pinoamisen, mikä tekee laitteesta kompaktin tinkimättä suorituskyvystä. Tärkeää on, että kaikki TFSC:t – yksittäisestä kennosta täyteen 160 kennon pinoon – osoittivat yhdenmukaista suorituskykyä.

"Suurin etu on, ettemme tarvitse metallisia virrankerääjiä tai ulkoisia liittimiä", toteaa professori Yun Chen. "Poistamalla tarpeettomia materiaaleja ja yksinkertaistamalla kokoonpanoa voimme skaalata laitteen korkeajännitteisiin lähtöihin pitäen samalla laitteen erittäin kompaktina."

Tutkimuksen mukaan metallittomilla TFSC:illä on parempi integrointiominaisuus ja jännitetiheys (169 V·m −1 ) kuin useimmilla raportoiduilla grafeeni- tai MXene-pohjaisilla TFSC:illä.

Aiheesta aiemmin:

Superkondensaattoreita akkujärjestelmiin ja mikrosiruille

Hengittävä superkondensaattori