(A) En utilisant trois des nouveaux supercondensateurs hautement flexibles disposés en série, les chercheurs ont démontré l'allumage d'une LED rouge. (B) Une illustration du flexible, supercondensateurs polymères de type papier à semi-conducteurs. Crédit image :Chuizhou Meng, et al. © 2010 Société chimique américaine.
(PhysOrg.com) -- Dans un effort pour développer l'électronique portable, les chercheurs ont conçu un nouveau supercondensateur ultra-mince dont la capacité est six fois supérieure à celle de n'importe quel supercondensateur commercial actuel. Quoi de plus, le nouveau supercondensateur a été testé dans un état torsadé pour démontrer ses bonnes propriétés électrochimiques avec une grande flexibilité.
Les chercheurs, Chuizhou Meng, et al., du Centre de recherche en nanotechnologie Tsinghua-Foxconn de l'Université Tsinghua à Pékin ont publié leurs résultats dans un récent numéro de Lettres nano .
Comme l'expliquent les chercheurs, les appareils électroniques portables deviennent de plus en plus petits et flexibles. Cependant, les composants de gestion de l'énergie - par ex. batteries et supercondensateurs - ont tendance à être à la traîne par rapport aux autres composants en termes de petite taille et de flexibilité. Spécifiquement, les supercondensateurs sont limités par leur configuration classique, qui est un séparateur pris en sandwich entre deux électrodes scellées dans un électrolyte liquide. Les deux inconvénients majeurs de cette configuration sont que l'électrolyte liquide nécessite des matériaux d'encapsulation de sécurité pour éviter les fuites, et les multiples parties du système qui se déplacent les unes par rapport aux autres diminuent les performances et la durée de vie de l'appareil.
Dans une tentative de concevoir un dispositif de stockage d'énergie qui est plus petit et plus flexible que les dispositifs précédents, les chercheurs se sont tournés vers des matériaux à base de carbone. En utilisant deux électrodes légèrement séparées en polyaniline (un polymère conducteur) et en nanotubes de carbone, et les solidifier dans un électrolyte à l'état solide polymère gel (agissant simultanément comme séparateur), les chercheurs ont pu fabriquer un supercondensateur très flexible qui était aussi fin qu'un morceau de papier standard. Les nouveaux matériaux et l'absence de pièces mobiles ont permis aux chercheurs de surmonter les problèmes de la configuration conventionnelle, et encore diminuer la taille et augmenter la flexibilité de l'appareil.
« Nous avons conçu de manière innovante la microstructure et optimisé la configuration de nos supercondensateurs afin d'exploiter efficacement chaque composant nécessaire, », a déclaré le co-auteur Changhong Liu à PhysOrg.com. « Nous avons omis les collecteurs de courant en métaux lourds et l'encapsulation encombrante des supercondensateurs conventionnels. Ici, les nanotubes de carbone forment un bon réseau conducteur électrique, la polyaniline a fourni une pseudocapacité extrêmement grande, et la couche d'électrolyte polymère en gel intermédiaire ultra-mince agissait simultanément comme un séparateur. Globalement, les appareils sont très flexibles et ressemblent à du papier.
Dans les essais, les chercheurs ont démontré que le nouveau supercondensateur a une capacité de 31,4 F/g lorsqu'il est tordu, contre 5,2 F/g pour les supercondensateurs commerciaux actuels. Le nouveau supercondensateur a également montré des caractéristiques supérieures dans d'autres domaines, comme une densité de puissance élevée, faible courant de fuite, et longue durée de vie. Les chercheurs prédisent que ces propriétés pourraient être encore améliorées en optimisant les matériaux et la structure de l'appareil, par exemple en raccourcissant la distance entre les électrodes.
« Au meilleur de notre connaissance, ce supercondensateur flexible semblable à du papier a une capacité spécifique beaucoup plus élevée que les condensateurs commerciaux conventionnels de haut niveau actuels, " Liu a dit, ajoutant que les chercheurs ne pouvaient pas garantir qu'ils connaissaient tous les appareils commerciaux.
Les chercheurs ont également montré comment trois supercondensateurs torsadés connectés en série pouvaient être utilisés pour allumer une LED rouge. Après 15 minutes de charge à 2,5 V, les supercondensateurs enroulés ont allumé la LED pendant près de 30 minutes. Compte tenu de sa capacité élevée et de sa flexibilité qui surpassent les supercondensateurs commerciaux actuels, le nouveau supercondensateur devrait être attrayant pour une utilisation dans l'électronique portable, un domaine qui commence seulement à être exploré.
"Nous pensons que ce dispositif de stockage d'énergie léger et flexible aura un grand potentiel d'application dans l'électronique portable future, ", a déclaré Liu. "Par exemple, incorporé avec une technologie d'affichage flexible, il fera un livre électronique flexible vraiment semblable à du papier, en économisant beaucoup de poids et d'espace. Et à l'avenir, quand les circuits intégrés flexibles à grande échelle deviennent réalité, un ordinateur portable léger et flexible est très attendu.
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