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Forscher entwickeln dehnbare Superkondensatoren für unsere nächsten Wearables

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Kohlenstoffnanoröhrenwälder verbessern die Leistung des dehnbaren SuperkondensatorsDuke University

Stellen Sie sich einen neuen Superkondensatortyp vor, auf den wiederholt gedehnt werden kann Acht mal seine ursprüngliche Größe, aber immer noch seine volle Funktionalität behalten. Nur nach 10.000 Zyklen Beim Laden und Aufladen verliert es einen kleinen Prozentsatz seiner Energieeffizienz.

Forscher der Duke University und der Michigan State University (MSU) haben genau das getan. Das Team sieht seinen neuartigen Superkondensator als Teil eines leistungsunabhängigen, dehnbaren, flexiblen elektronischen Systems, das in tragbaren elektronischen oder biomedizinischen Geräten verwendet werden kann.

Ihre Studie wurde in einer Zeitschrift von Cell Press veröffentlicht, Angelegenheit, am Donnerstag.

Überleben mechanischer Verformungen

"Unser Ziel ist es, innovative Geräte zu entwickeln, die mechanische Verformungen wie Dehnen, Verdrehen oder Biegen überstehen können, ohne an Leistung zu verlieren", sagte Changyong Cao, Direktor des Labors für weiche Maschinen und Elektronik an der MSU und leitender Autor der Studie.

"Wenn die Stromquelle eines dehnbaren elektronischen Geräts jedoch nicht dehnbar ist, muss das gesamte Gerätesystem nicht dehnbar sein", fuhr Cao fort.

Ein Superkondensator, manchmal auch als Ultrakondensator bezeichnet, speichert Energie wie eine Batterie. Im Gegensatz zu Batterien speichert ein Superkondensator Energie durch Ladungstrennung und kann keine eigene Energie erzeugen. Zum Aufladen ist eine externe Quelle erforderlich.

Auch im Gegensatz zu Batterien können Superkondensatoren Energie in kurzen, aber großen Stößen freisetzen. Sie laden und laden sich auch viel schneller auf und eignen sich daher ideal für kurze, leistungsstarke Anwendungen wie Verstärker in einer Stereoanlage oder Blitz in einer Kamera.

Das Hauptproblem ist, dass sie normalerweise hart sind, genau wie Batterien. Jeff Glass, Professor für Elektro- und Computertechnik an der Duke University, und Cao, ein weiterer leitender Autor der Studie, bauten einen Kohlenstoff-Nanoröhrenwald an - ein Stück mit Millionen von Nanoröhren 15 Nanometer im Durchmesser und 20-30 Mikrometer groß - auf einem Siliziumwafer. Um das ins rechte Licht zu rücken, das ist ungefähr die Größe der Breite der kleinsten Bakterien und die Höhe der infizierten tierischen Zellen.

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Der Kohlenstoffnanoröhrenwald wird dann mit Goldnanofilm beschichtet, der als elektrischer Kollektor verwendet wird. Das Team verwendet dann eine Methode, um den Nanoröhrenwald zu zerknittern. Glass erklärte: "Durch das Zerknittern wird die auf kleinem Raum verfügbare Oberfläche erheblich vergrößert, wodurch sich die Ladungsmenge erhöht, die er aufnehmen kann." Alle Nanoröhren werden dann mit einem Gelelektrolyten gefüllt.

Das Endergebnis sind super dehnbare Superkondensatoren, die tragbare Geräte der Zukunft antreiben könnten.

"Viele Leute wollen Superkondensatoren und Batterien miteinander koppeln", sagte Glass. "Ein Superkondensator kann sich schnell aufladen und überleben Tausende oder sogar Millionen von Ladezyklen, während Batterien mehr Ladung speichern können, so dass sie eine lange Zeit halten können. Wenn Sie sie zusammenstellen, erhalten Sie das Beste aus beiden Welten. Sie erfüllen zwei verschiedene Funktionen innerhalb desselben elektrischen Systems. "


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