Ученые создали мощный микро-суперконденсатор толщиной всего в нанометры, который может помочь компаниям, производящим электронику, разрабатывать мобильные телефоны и камеры, которые меньше, легче и тоньше, чем когда-либо прежде. Крошечный блок питания меньше полсантиметра в диаметре и сделан из гибкого материала, что открывает возможности для носимой электроники.
Исследование опубликовано в журнале Королевского химического общества Energy & Environmental Science.
Узким местом в уменьшении размера портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, является уменьшение размера и повышение гибкости источников питания в электронных схемах. Суперконденсаторы являются привлекательными источниками питания, потому что они могут хранить почти столько же энергии, сколько батарея, с преимуществом высокоскоростной разрядки энергии. Электроды суперконденсаторов обычно изготавливаются из углерода или проводящих полимеров, но они могут быть относительно дорогими.
Группа под руководством профессора Оливера Г. Шмидта из Института исследований твердого тела и материалов им. Лейбница в Дрездене (IFW-Dresden) изучила использование диоксида марганца в качестве альтернативного электродного материала, который является более экологичным и менее дорогим. чем стандартные материалы. Диоксид марганца не является естественным выбором для электродного материала, потому что он не обладает хорошей электропроводностью, а также не обладает естественной гибкостью или прочностью. Однако ученые преодолели это, испарив диоксид марганца с помощью электронного луча, а затем позволив газообразным атомам осаждаться в виде тонких изогнутых пленок. Они включили в пленки очень тонкие слои золота, чтобы улучшить электропроводность материала.
Испытания нового микросуперконденсатора показали, что крошечный гибкий блок питания может хранить больше энергии и обеспечивать большую мощность на единицу объема, чем современные суперконденсаторы.
Д-р Ченглинь Ян, руководитель исследовательской группы IFW-Dresden, сказал: «Суперконденсаторы, как новый класс энергетических устройств, могут накапливать большую энергию и обеспечивать высокую мощность, преодолевая разрыв между перезаряжаемыми батареями и обычными конденсаторами. Поэтому мы подумали, что микро-суперконденсатор станет важным шагом вперед в быстром развитии портативной бытовой электроники, которой нужны небольшие, легкие, гибкие источники питания микромасштаба.
"Устройство может быть применено ко многим миниатюрным технологиям, включая имплантируемые медицинские устройства и метки активной радиочастотной идентификации (RFID) для миниатюрных устройств с автономным питанием."
Следующим шагом в исследованиях команды является поиск более дешевой альтернативы золоту для улучшения проводимости микро-суперконденсатора.
Д-р Ян сказал: «Главная проблема, которую нам пришлось преодолеть при разработке этой технологии, заключалась в том, чтобы получить действительно высокую плотность энергии на микроуровне при низких затратах. Включение золота в наш микросуперконденсатор делает его дороже, поэтому сейчас мы рассматриваем возможность замены золота более дешевыми металлами, такими как марганец, чтобы сделать устройство более практичным для рынка».