русский

News and events

растягиваемые суперконденсаторы для питания носимых устройств завтрашнего дня

2020-03-25

Источник истории: sciencedaily

Исследователи из Университета Дьюка и Университета штата Мичиган разработали новый тип суперконденсатора, который остается полностью функциональным, даже если его размер в восемь раз превышает его первоначальный размер. он не подвержен износу от повторного растяжения и теряет лишь несколько процентных пунктов энергетической эффективности после 10000 циклов зарядки и разрядки.

Исследователи предполагают, что суперконденсатор является частью независимой от энергии, растягиваемой, гибкой электронной системы для таких приложений, как носимая электроника или биомедицинские устройства.

результаты появляются онлайн 19 марта в иметь значение Журнал из сотовой прессы. Исследовательская группа включает в себя старшего автора Чангуна Цао, доцента упаковки, машиностроения, электротехники и вычислительной техники в Университете штата Мичиган (MSU), а также старшего автора Джеффа Гласса, профессора электротехники и вычислительной техники в герцогстве. их соавторами являются докторанты Ихао Чжоу и Цивэй Хан и научный сотрудник Чарльз Паркер из герцога, а также аспирант Юнтенг Цао из Массачусетского технологического института.

«Наша цель - разработать инновационные устройства, способные выдерживать такие механические деформации, как растяжение, скручивание или изгиб, без потери производительности», - сказал Цао, директор лаборатории мягких машин и электроники в msu. «но если источник питания растягиваемого электронного устройства не растягивается, то вся система устройства будет ограничена не растягиваемой».

суперконденсатор (также иногда называемый ультраконденсатором) накапливает энергию как батарея, но с некоторыми важными отличиями. В отличие от батарей, которые химически накапливают энергию и генерируют заряды посредством химических реакций, электростатический двухслойный суперконденсатор (edlsc) накапливает энергию посредством разделения зарядов и не может создавать свое собственное электричество. он должен заряжаться от внешнего источника. во время зарядки электроны накапливаются в одной части устройства и удаляются из другой, поэтому при соединении двух сторон электричество быстро течет между ними.

Кроме того, в отличие от батарей, суперконденсаторы способны разряжать свою энергию короткими, но мощными импульсами, а не через долгий, медленный поток. они также могут заряжаться и разряжаться намного быстрее, чем аккумулятор, и выдерживать гораздо больше циклов зарядки-разрядки, чем аккумуляторная батарея. это делает их идеальными для коротких, мощных приложений, таких как отключение вспышки в камере или усилителей в стерео.

но большинство суперконденсаторов такие же твердые и хрупкие, как и любой другой компонент печатной платы. Вот почему Као и Бокал годами работали над растягивающейся версией.

В своей новой статье исследователи демонстрируют кульминацию своей работы на этом этапе, изготовляя суперконденсатор размером с марку, который может нести более двух вольт. при соединении четырех вместе, так как многим устройствам требуются батарейки типа аа или ааа, суперконденсаторы могут питать двухвольтовые часы casio в течение полутора часов.

Чтобы создать растягиваемые суперконденсаторы, стекло и его исследовательская группа сначала вырастили лес из углеродных нанотрубок - участок из миллионов нанотрубок диаметром всего 15 нанометров и высотой 20-30 микрометров - поверх кремниевой пластины. это примерно ширина самых маленьких бактерий и высота животной клетки, которую он заражает.

Затем исследователи нанесли тонкий слой золотой нанопленки поверх леса с углеродными нанотрубками. слой золота действует как своего рода электрический коллектор, снижая сопротивление устройства на порядок ниже предыдущих версий, что позволяет устройству заряжаться и разряжаться намного быстрее.

Затем стекло передает технологический процесс Цао, который переносит лес из углеродных нанотрубок на предварительно растянутую эластомерную подложку с основой из золота стороной вниз. заполненный гелем электрод затем расслабляется, чтобы позволить предварительному напряжению высвободиться, в результате чего он сжимается до четверти своего первоначального размера. этот процесс разрушает тонкий слой золота и разбивает «деревья» в лесу с углеродными нанотрубками.

«Мятость значительно увеличивает доступную площадь поверхности в небольшом пространстве, что увеличивает количество заряда, которое она может удерживать», - объясняет Гласс. «Если бы у нас было все пространство в мире для работы, плоская поверхность работала бы нормально. Но если мы хотим суперконденсатор, который можно использовать в реальных устройствах, нам нужно сделать его как можно меньше».

затем сверхплотный лес заполняется гелевым электролитом, который может улавливать электроны на поверхности нанотрубок. когда два из этих конечных электродов расположены рядом друг с другом, приложенное напряжение нагружает одну сторону электронами, в то время как другая дренируется, создавая заряженный сверхрастяжимый суперконденсатор.

«Нам еще предстоит проделать определенную работу по созданию полностью растягиваемой электронной системы», - сказал Цао. «Суперконденсатор, продемонстрированный в этой статье, не идет так далеко, как нам хотелось бы, но благодаря этому основанию надежного растягиваемого суперконденсатора мы сможем интегрировать его в систему, состоящую из растягиваемых проводов, датчиков и детекторов для создавать полностью растягиваемые устройства. "

Исследователи объясняют, что растягиваемые суперконденсаторы могут самостоятельно приводить в действие некоторые футуристические устройства или могут сочетаться с другими компонентами для преодоления инженерных задач. например, суперконденсаторы можно заряжать в течение нескольких секунд, а затем медленно заряжать аккумулятор, который выступает в качестве основного источника энергии для устройства. этот подход использовался для регенеративного разрушения в гибридных автомобилях, где энергия генерируется быстрее, чем она может быть сохранена. Суперконденсаторы повышают эффективность всей системы. или, как уже продемонстрировала Япония, суперконденсаторы могут питать автобус для городских поездок, выполняя полную зарядку на каждой остановке за короткое время, необходимое для загрузки и разгрузки пассажиров.

«Многие люди хотят соединить вместе суперконденсаторы и батареи», - сказал Гласс. «Суперконденсатор может быстро заряжаться и выдерживать тысячи или даже миллионы циклов зарядки, в то время как батареи могут накапливать больше заряда, чтобы они могли работать долго. Соединение их дает вам лучшее из обоих миров. Они выполняют две разные функции в одном и том же электрическом система «.

Оставить сообщение Добро пожаловать в GTCAP
Если вы заинтересованы в наших продуктах и хотите знать больше деталей,пожалуйста, оставьте здесь сообщение,мы ответим вам как только мы можем.

Главная

Продукция

около

контакт