Le chercheur postdoctoral de l'Université Rice Yang Yang détient une unité de stockage d'énergie avec les meilleures qualités de batteries et de supercondensateurs dans un environnement évolutif, forfait souple. Crédit :Jeff Fitlow
(Phys.org) —Un laboratoire de l'Université Rice dispose de l'électronique portable et portable dans son viseur avec la création d'un film mince pour le stockage de l'énergie.
Le chimiste du riz James Tour et ses collègues ont développé un matériau flexible avec des électrodes nanoporeuses en nickel-fluorure en couches autour d'un électrolyte solide pour offrir des performances de supercondensateur de type batterie qui combinent les meilleures qualités d'une batterie haute énergie et d'un supercondensateur haute puissance sans lithium trouvé dans les batteries commerciales aujourd'hui.
Le nouveau travail du laboratoire Rice du chimiste James Tour est détaillé dans le Journal de l'American Chemical Society .
Leur condensateur électrochimique a une épaisseur d'environ un centième de pouce, mais peut être agrandi pour les appareils en augmentant la taille ou en ajoutant des couches, a déclaré Yang Yang, chercheur postdoctoral de Rice, co-auteur principal de l'article avec l'étudiant diplômé Gedeng Ruan. Ils s'attendent à ce que les techniques de fabrication standard permettent à la batterie d'être encore plus fine.
Dans les essais, les étudiants ont découvert que leur appareil d'un pouce carré détenait 76% de sa capacité sur 10, 000 cycles de charge-décharge et 1, 000 cycles de pliage.
Tour a déclaré que l'équipe s'est attachée à trouver un matériau qui possède les qualités flexibles du graphène, des nanotubes de carbone et des polymères conducteurs tout en possédant une capacité de stockage électrique beaucoup plus élevée que l'on trouve généralement dans les composés métalliques inorganiques. Les composés inorganiques ont, jusque récemment, manquait de souplesse, il a dit.
Film poreux de fluorure de nickel d'épaisseur inférieure au micron, vu ici dans une image au microscope électronique, est une électrode efficace dans un nouveau type de batterie créé à l'Université Rice. Le film flexible combine les meilleures qualités des supercondensateurs et des batteries pour une utilisation potentielle dans l'électronique flexible. Crédit :Groupe de touristes
"Ce n'est pas facile à faire, parce que les matériaux avec une telle capacité sont généralement cassants, " a-t-il dit. " Et nous avons eu de très bons, systèmes flexibles de stockage de carbone dans le passé, mais le carbone en tant que matériau n'a jamais atteint la valeur théorique que l'on peut trouver dans les systèmes inorganiques, et le fluorure de nickel en particulier.
"Par rapport à un appareil lithium-ion, la structure est assez simple et sûre, " a déclaré Yang. " Il se comporte comme une batterie mais la structure est celle d'un supercondensateur. Si nous l'utilisons comme supercondensateur, nous pouvons charger rapidement à un taux de courant élevé et le décharger en très peu de temps. Mais pour d'autres applications, nous trouvons que nous pouvons le configurer pour qu'il se charge plus lentement et qu'il se décharge lentement comme une batterie."
Les électrodes nickel-fluorure autour d'un électrolyte solide sont un dispositif de stockage d'énergie efficace qui combine les meilleures qualités des batteries et des supercondensateurs, selon les chercheurs de l'Université Rice. Les électrodes sont plaquées sur un support en or et polymère (qui peut être retiré) et rendues poreuses grâce à un processus de gravure chimique. Crédit :Tour Group/Rice University
Pour créer la batterie/supercondensateur, l'équipe a déposé une couche de nickel sur un support. Ils l'ont gravé pour créer des pores de 5 nanomètres dans la couche de fluorure de nickel de 900 nanomètres d'épaisseur, ce qui lui confère une grande surface de stockage. Une fois qu'ils ont retiré le support, ils ont pris en sandwich les électrodes autour d'un électrolyte d'hydroxyde de potassium dans de l'alcool polyvinylique. Les tests n'ont révélé aucune dégradation de la structure des pores même après 10, 000 cycles de charge/recharge. Les chercheurs n'ont également trouvé aucune dégradation significative de l'interface électrode-électrolyte.
Les chercheurs de l'Université Rice ont créé une nouvelle technologie de stockage d'énergie flexible qui n'utilise pas de lithium. De gauche, chercheur postdoctoral Yang Yang, Le professeur James Tour et l'étudiant diplômé Gedeng Ruan. Crédit :Jeff Fitlow
"Les chiffres sont extrêmement élevés dans la puissance qu'il peut fournir, et c'est une méthode très simple pour faire des systèmes de haute puissance, " Tour a dit, ajoutant que la technique est prometteuse pour la fabrication d'autres matériaux nanoporeux 3D. "Nous discutons déjà avec des entreprises intéressées à commercialiser cela."
L'étudiant diplômé de Rice Changsheng Xiang et le chercheur postdoctoral Gunuk Wang sont les co-auteurs de l'article.
La bourse postdoctorale Peter M. et Ruth L. Nicholas du Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology et l'Initiative de recherche universitaire multidisciplinaire du Bureau de la recherche scientifique de l'Air Force ont soutenu la recherche.
