(Phys.org)—Pour la première fois, les scientifiques ont intégré la transparence dans l'autoportant, papier graphène souple (FFT-GP), et a démontré que le nouveau matériau peut grandement améliorer les performances des supercondensateurs.

"Le papier graphène autonome flexible et transparent a été synthétisé pour la première fois, et la capacité a été améliorée de près de 1000 fois par rapport à celle des supercondensateurs à base de film de graphène par dépôt chimique en phase vapeur stratifiés ou ridés, "Chengxin Wang, Professeur à l'Université Sun Yat-sen (Zhongshan) de Guangzhou, Chine, Raconté Phys.org . "La capacité des supercondensateurs basés sur FFT-GP est également au moins dix fois supérieure aux valeurs précédemment rapportées pour les supercondensateurs transparents et flexibles basés sur des matériaux en carbone pur. Cependant, certains supercondensateurs non transparents à base de carbone fonctionnent toujours mieux que le supercondensateur transparent à base de FFT-GP."

Wang et ses coauteurs ont publié un article sur le nouveau matériel dans un récent numéro de Lettres nano .

L'amélioration des performances provient en grande partie des blocs de construction en graphène de type prisme dont est fait le FFT-GP. Les structures creuses du graphène en forme de prisme qui confèrent au matériau sa transparence offrent également un espace supplémentaire pour que des réactions chimiques se produisent par rapport à d'autres matériaux. En outre, les structures en forme de prisme alignées et interconnectées offrent une grande autoroute ouverte pour le déplacement des ions et des électrons, et le bon transport de charge conduit à une meilleure performance globale.

Pour fabriquer le nouveau matériel, les chercheurs ont dû surmonter le plus grand obstacle face à la synthèse de minces, feuilles de graphène transparentes, c'est-à-dire que les feuilles se cassent facilement lorsqu'elles sont retirées de leur gabarit. Ici, les chercheurs ont utilisé de la poudre de NaCl – essentiellement du sel de table finement moulu – comme modèle pour la croissance FFT-GP. En utilisant une méthode appelée dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes, les chercheurs ont créé une "atmosphère plasma" de NaCl, carbone, et l'hydrogène. A la fin de ce processus, on laisse le NaCl recristalliser sur un substrat de silicium. Ces cristaux de NaCl servent de modèles sur lesquels des fragments de graphène se forment et se transforment en graphène de type prisme, qui peut être décollé du substrat à l'aide d'une lame de rasoir.

Bien que la FFT-GP créée ici soit quelque peu ridée et ait une couleur marron clair, les chercheurs ont démontré qu'il peut encore supporter plus de 1, 000 cycles de pliage et d'étirement avec peu de perte de capacité, et transmet toujours clairement la lumière. Les chercheurs ont également démontré un dispositif tandem composé de deux supercondensateurs intégrés basés sur FFT-GP placés sur un écran de smartphone (pour démontrer la transparence) qui allume une LED.

La combinaison de la flexibilité du matériau, transparence, conductivité électrique, et une grande surface ouvrent les portes à de nombreuses nouvelles applications potentielles, comme les cellules solaires extensibles et transparentes, affichages enroulés, et l'optoélectronique auto-alimentée et portable. La structure creuse du graphène de type prisme pourrait également être exploitée pour d'autres usages, telles que le stockage de plus de colorant absorbant la lumière dans des cellules solaires à colorant. Les chercheurs prévoient d'explorer ces possibilités à l'avenir.

"D'abord, nous essayons d'utiliser FFT-GP dans des cellules solaires à colorant, " a déclaré Wang. " En raison de ses blocs de construction de graphène creux et poreux en forme de prisme avec une grande surface efficace, de plus grandes quantités de colorant absorbant la lumière pourraient être stockées que dans d'autres matériaux de graphène. Peut-être que cette conception est une meilleure solution pour améliorer l'adsorption du colorant et pour améliorer la capacité de piégeage et de diffusion de la lumière par rapport à d'autres matériaux de graphène. Seconde, Des composites à haute capacité théorique à base de FFT-GP seront synthétisés pour améliorer la densité d'énergie des supercondensateurs transparents à base de FFT-GP. Troisième, FFT-GP pourrait être appliqué comme anodes de batterie lithium-ion, et ensuite une batterie lithium-ion transparente entièrement solide peut être développée. »

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