گروهی از محققان چینی در تلاش برای تولید ابزارهای الکترونیکی پوشیدنی یک ابرخازن جدید ساخته‌اند که ظرفیت آن شش برابر ظرفیت ابرخازن‌های تجاری موجود است.
تولید ابرخازن کاغذی شکل
محققان در تلاش برای تولید ابزارهای
الکترونیکی پوشیدنی یک ابرخازن جدید ساخته‌اند که ظرفیت آن شش برابر ظرفیت
ابرخازن‌های تجاری موجود است. به‌علاوه، این ابرخازن در حالت پیچ‌خورده
ویژگی‌های الکتروشیمیایی خوب همراه با انعطاف‌پذیری بالا از خود نشان می‌دهد.
هر روزه ابزارهای الکترونیکی قابل حمل، کوچک‌تر و انعطاف‌پذیرتر می‌شوند.
با این حال، کوچک‌سازی و انعطاف‌پذیری قطعات مدیریت کننده انرژی (مثل باتری‌ها
و ابرخازن‌ها) کندتر از سایر قطعات صورت می‌گیرد. این امر به‌ویژه در مورد
طراحی معمول ابرخازن‌ها صدق می‌کند که در آن، یک لایه جداکننده میان دو
الکترود درزگیری شده در الکترولیت مایع قرار گرفته است. دو اشکال اصلی در
این نوع طراحی وجود دارد؛ اول اینکه الکترولیت مایع باید به صورت دقیق
کپسوله شود تا نشت نکند. به‌علاوه، بخش‌های مختلف این سیستم که نسبت به هم
حرکت می‌کنند، کارایی و طول عمر ابزار را کاهش می‌دهند.
محققان دانشگاه Tsinghua در پکن برای تولید ابزارهای جدیدی که کوچک‌تر و
انعطاف‌پذیرتر باشند، به مواد کربنی روی آورده‌اند. آنها از دو الکترود
ساخته شده از پلی‌آنیلین و نانولوله‌های کربنی که کمی از هم فاصله داشته و
درون یک الکترولیت پلیمری حالت جامد قرار گرفته بودند، برای تولید یک
ابرخازن بسیار انعطاف‌پذیر به ضخامت یک کاغذ معمولی بهره بردند. این
الکترولیت جامد به‌طور همزمان به‌عنوان جداکننده نیز عمل می‌کند. این گروه
پژوهشی توانست با استفاده از مواد جدید و حذف قطعات متحرک، بر مشکلات طراحی‌های
معمول غلبه کرده و همزمان با کاهش اندازه، انعطاف‌پذیری ابزار را نیز
افزایش دهند.
چانگ هونگ لیو، یکی از پژوهشگران این کار
می‌گوید: «ما به شکلی خلاقانه این میکروساختار را طرحی کرده و شکل‌بندی
ابرخازن خود را به‌نحوی بهینه کردیم که استفاده موثر از قطعات ضروری صورت
پذیرد. در این طراحی جمع‌کننده‌های سنگین و فلزی جریان و همچنین کپسول بزرگ
ابرخازن‌های معمول حذف شده است. نانولوله‌های کربنی یک شبکه رسانای
الکتریکی را شکل داده، پلی‌آنیلین ظرفیت خازنی بزرگی ایجاد کرده و
الکترولیت بسیار نازک میانی که از یک ژل پلیمری ساخته شده است، همزمان به‌عنوان
جداکننده عمل می‌کند. این ابزار در مجموع بسیار انعطاف‌پذیر بوده و شبیه
کاغذ است».
بررسی‌های انجام شده نشان دادند که ظرفیت این ابرخازن در حالت پیچ‌خورده
۳۱/۴F/g می‌باشد که نسبت به ظرفیت خازن‌های تجاری موجود (۵/۲F/g) بسیار
بالاتر است. این ابزار جدید در حوزه‌های دیگر نیز ویژگی‌های بهتری همچون
دانسیته بالای انرژی، نشت پایین جریان و چرخه عمر بالا از خود نشان می‌دهد.
جزئیات این کار در مجله NanoLetters منتشر شده است.
