Плиссированный графен обладает исключительной способностью накапливать энергию

Когда кто-то мял лист бумаги, это обычно означает, что он должен его бросить. Но теперь исследователи обнаружили, что кусок гофрированной графеновой бумаги - материала, который скреплен двумерным слоем атомов углерода - обладает новым свойством, которое можно использовать для создания экстраординарных выдвижных суперконденсаторов. Конденсатор может хранить энергию для гибкого электронного устройства. Чжао Сюаньхэ, доцент кафедры машиностроения, гражданского строительства и охраны окружающей среды Массачусетского технологического института, и четыре других автора опубликовали результаты исследования в журнале Scientific Reports. Исследовательская группа заявила, что новый гибкий суперконденсатор должен быть проще в производстве и дешевле в производстве.

Двумерная «копирка» может образовывать выдвижной суперконденсатор, обеспечивающий питание гибких электронных устройств.

Чтобы сформировать гофрированный графен, слой полимерного материала сначала растягивается в двух измерениях, а затем графен связывается с растянутым полимерным материалом.

Чтобы сформировать гофрированный графен, слой полимерного материала сначала растягивается в двух измерениях, а затем графен связывается с растянутым полимерным материалом. Когда растяжение в одном измерении прекращается, на графене появляются регулярные морщины, как показано на нижнем левом рисунке, полученном с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Наконец, когда растяжение в другом направлении измерения прекращается, на графене появляются смешанные складки (как показано на верхнем левом рисунке). СЭМ-изображение верхней правой панели показывает, что графен находится в слегка складчатом состоянии. Изображение на сканирующем электронном микроскопе на нижней правой панели показывает уплощенный гофрированный графен. Картинка предоставлена исследователем.

Схема суперсенсора из гофрированного графена

Схема гофрированного графенового суперсенсора (верхняя левая часть рисунка). Верхний и нижний слои представляют собой полимеры, используемые в качестве подложек, два черных слоя представляют собой гофрированный графен, а белый промежуточный слой представляет собой гидрогель, используемый в качестве электролита. На рисунке показан реальный продукт суперконденсатора, что доказывает, что он в любом случае не влияет на его проводящие свойства. Картинка предоставлена исследователем.

Когда кто-то мял лист бумаги, это обычно означает, что он должен его бросить. Но теперь исследователи обнаружили, что кусок гофрированной графеновой бумаги - материала, который скреплен двумерным слоем атомов углерода - обладает новым свойством, которое можно использовать для создания экстраординарных выдвижных суперконденсаторов. Конденсатор может хранить энергию для гибкого электронного устройства.

Чжао Сюаньхэ, доцент кафедры машиностроения, гражданского строительства и охраны окружающей среды Массачусетского технологического института, и четыре других автора опубликовали результаты исследования в журнале Scientific Reports. Исследовательская группа заявила, что новый гибкий суперконденсатор должен быть проще в производстве и дешевле в производстве.

Чжао Сюаньхэ сказал: «Многие люди изучают графеновую бумагу: поскольку графен имеет очень большую площадь поверхности на единицу массы, он стал хорошим материалом, который можно использовать для изготовления суперконденсаторов». Он также отметил, что современные гибкие электронные устройства Для разработки необходимы гибкие системы хранения электроэнергии, такие как носимые, имплантируемые биомедицинские датчики или устройства мониторинга.

Подобно батарее, суперконденсатор может накапливать электрическую энергию, но суперконденсатор хранит электрическую энергию в основном в форме статического электричества, а не в форме химической энергии, поэтому суперконденсаторы доставляют электрическую энергию быстрее, чем батареи. Чжао Сюаньхэ и его команда продемонстрировали, что суперконденсатор, который можно согнуть или растянуть в 8 раз по сравнению с исходным размером, можно сделать, сложив слой графеновой бумаги в виде смешанной складки. В качестве доказательства принципа исследовательская группа использовала этот метод для создания простого суперконденсатора.

Команда продемонстрировала, что материал не показал значительного снижения производительности после того, как его неоднократно сгибали и сплющивали 1000 раз. Чжао Сюаньхэ сказал: «Графеновая бумага очень прочная, она может выдерживать множество циклов большой деформации». Графен представляет собой гексагональную структуру из чистого углерода с толщиной всего в один атом углерода, это один из самых мощных известных материалов. .

Чтобы сделать гофрированную графеновую бумагу, слой материала сначала помещается на механическое устройство, чтобы сжать слой материала в одном направлении, чтобы сформировать серию взаимно параллельных складок, которые затем сжимаются в другом направлении, чтобы сформировать смешанную складку. . поверхность. Этот слой материала легко сплющивается при растяжении.

Для образования конденсатора требуются два конденсатора. В этом примере требуются два слоя гофрированной графеновой бумаги. Между двумя слоями конденсаторов необходим изолирующий слой. В этом примере изолирующий слой сделан из гидрогеля. Как и гофрированный графен, гидрогели обладают сильной деформируемостью и пластичностью. Следовательно, даже если он согнут или растянут, три слоя могут оставаться в контакте.

Ли Дан, профессор материаловедения в Университете Монаша в Австралии, который не участвовал в исследовании, сказал: «Я действительно взволнован и удивлен этой работой. Он отметил, что исследовательская группа предложила чрезвычайно простую, но эффективную концепцию. выдвижного электрода для изготовления суперконденсаторов путем управления складками многослойных графеновых пленок. Он добавил: «В то время, когда другие команды уже сделали гибкие суперконденсаторы, производство выдвижных суперконденсаторов является огромной проблемой. В этой статье предлагается умный способ решить эту проблему, и я верю, что благодаря ей носимые устройства хранения энергии станут доступны каждому. "

В исследовательскую группу также входят Ци Цзяньфэн из Университета науки и технологий Хуачжун, Цао Чанъян, Фэн Яин и Лю Цзе из Университета Дьюка. Эта работа финансировалась Национальным военно-морским управлением, Национальным научным фондом и Китайской национальной программой тысячи талантов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.