 Когда кто-то мнет лист бумаги, это, как правило, означает, что он собирается ее выбросить. Но исследователи обнаружили, что скомканный листок графеновой «бумаги», материала, образованного путем склеивания слоев двумерной формы углерода, может на самом деле иметь новые свойства, которые могли бы быть полезны для создания чрезвычайно растягиваемых суперконденсаторов для хранения энергии в гибких электронных устройствах. Новые, гибкие сверхпроводники должны быть легки и недороги в изготовлении.
Много исследователей изучают графеновую бумагу – так как графен является хорошим кандидатом для создания суперконденсаторов, из-за его большой площади поверхности за массу. Теперь развитие гибких электронных устройств, таких как носимые или имплантируемые биомедицинские датчики или приборы наблюдения, потребует гибких системы питания и хранения энергии.
Как и батареи, суперконденсаторы могут хранить электрическую энергию, но они, прежде всего, делают электростатическим способом, а не химическим. Это означает, что они могут доставить свою энергию быстрее, чем батареи. Теперь исследователи показали, что посредством смятия листа графена в хаотическое массы складок, они могут сделать суперконденсаторов, которые могут легко изгибаться, складываться или растягиваться до целых 800 процентов от их первоначального размера. Команда сделала простой суперконденсатор, используя этот метод как доказательство принципа.
Исследователи продемонстрировали, что материал может быть сложен и разглажен до 1000 раз без существенной потери производительности. Графеновый лист является довольно надежным, и они могут достичь очень больших деформаций в течение нескольких циклов. Графен, представляющий структуру чистого углерода толщиной в один атом, с его атомами, расположенными в гексагональной решетке, является одним из самых прочных известных науке материалов.
Для того, чтобы сделать смятый лист графена, материал был помещен в механическое устройство, которое сначала сжало его в одном направлении, создавая серию параллельных складок, а затем в другом направлении, что привело к хаотической, смятой поверхности. При растяжении складки материала просто разглаживались сами.
Формирование конденсаторах требует двух проводящих слоев. В этом случае два листа графена с изолирующим слоем между ними был сделан из материала гидрогеля. Как и мятый графен, гидрогель имеет высокую эластичность и растягиваемость, так что три слоя остаются в контакте, даже будучи согнуты и натянутыми.
Хотя эта начальная демонстрация была проделана специально, чтобы сделать суперконденсаторы, та же самая методика может быть применена в других целях. Например, мятый графен может быть использован в качестве одного электрода на гибкой батарее, или для изготовления растяжимого датчика для конкретных химических или биологических молекул.
Исследователи обеспечили чрезвычайно простую, но при этом очень эффективную концепцию, чтобы сделать растягиваемые электроды для суперконденсаторов посредством контролируемого смятия многослойных графеновых пленок. В то время как другие группы сделали гибкие суперконденсаторов, Создание растягиваемых суперконденсаторов было большой проблемой. Текущее исследование предусматривает умный способ решения этой проблемы, который может привнести носимые устройства хранения энергии еще ближе к реальности.
|
