Elastyczne rozszerzenie pojemności magazynowania energii

Niektóre urządzenia elektroniczne mogą się zginać, skręcać i rozciągać w wyświetlaczach do noszenia, zastosowaniach biomedycznych i miękkiej robotyce. Podczas gdy obwody tych urządzeń stają się coraz bardziej elastyczne, baterie i superkondensatory, które je zasilają, pozostają sztywne. Teraz naukowcy z ACS nano wiadomości Opisz elastyczny superkondensator z elektrodami wykonanymi z pomarszczonego węglika tytanu – rodzaju nanomateriału MXene – który zachował zdolność do przechowywania i uwalniania ładunków elektronicznych po wielokrotnym rozciąganiu.

Jednym z głównych wyzwań, jakie musi pokonać rozciągliwa elektronika, jest ich sztywność i nieelastyczny charakter energia Komponenty magazynujące, akumulatory i superkondensatory. Superkondensatory, w których zastosowano elektrody wykonane z węglików metali przejściowych, węglikoazotku lub azotku, zwanych MXenami, mają właściwości elektryczne pożądane w przenośnych urządzeniach elastycznych, takie jak szybkie ładowanie i rozładowywanie. A sposób, w jaki 2D MXenes mogą tworzyć wielowarstwowe nanoarkusze, zapewnia profil Duży obszar Do przechowywania energii w przypadku użycia w elektrodach. Jednak wcześniejsi badacze musieli stosować polimery i inne nanomateriały, aby zapobiec pękaniu tego typu elektrod podczas zginania, zmniejszając ich pojemność elektryczną. Dlatego Desheng Kong i jego koledzy chcieli wiedzieć, czy zniekształcenie oryginalnej folii z węglika tytanu MXene w krawędzie przypominające harmonijkę zachowałoby elektrodawłaściwości elektryczne przy jednoczesnym dodaniu elastyczności i rozciągliwości super kondensator.

Naukowcy rozdrobnili proszek węglika glinu na płatki za pomocą kwas fluorowodorowy Warstwy czystych nanoarkuszy z węglika tytanu zostały zebrane na filtrze jako prawie teksturowana błona. Następnie nakładają folię na kawałek wstępnie rozciągniętego elastomeru akrylowego w objętości 800%. Kiedy naukowcy wypuścili polimer, skurczył się z powrotem do swojego pierwotnego stanu, a przylegające nanoarkusze skurczyły się, tworząc fałdy przypominające harmonijkę.

We wstępnych eksperymentach zespół odkrył, że najlepszą elektrodę wykonaną z membrany o grubości 3 μm można wielokrotnie rozciągać i rozluźniać bez uszkadzania i modyfikowania jej zdolności do przechowywania ładunku elektrycznego. Zespół wykorzystał ten materiał do stworzenia superkondensatora, umieszczając elektrolit żelowy poliwinylo-siarkowy (alkohol) między parą gum. węglik tytanu Elektrody. Urządzenie ma większą moc w porównaniu z superkondensatorami opartymi na MXene opracowanymi przez innych badaczy, ale ma również wysoką rozciągliwość do 800% bez pękania nanoarkuszy. Zachował prawie 90% swojej zdolności magazynowania energii po 1000-krotnym rozciąganiu lub po zgięciu lub skręceniu. Naukowcy twierdzą, że doskonałe magazynowanie energii i stabilność elektryczna superkondensatora są atrakcyjne pod względem rozciągania magazynowanie energii Urządzenia i systemy elektroniczne do noszenia.