Un microsupercondensateur conçu par des scientifiques de l'Université Rice qui pourrait se retrouver dans l'électronique personnelle et même portable est en cours de mise à niveau. Le dispositif au graphène induit par laser bénéficie grandement lorsque le bore fait partie du mélange.

Le laboratoire Rice du chimiste James Tour utilise des lasers commerciaux pour créer des supercondensateurs flexibles en brûlant des motifs dans des polymères communs. Le laser brûle tout sauf le carbone jusqu'à une profondeur de 20 microns sur la couche supérieure, qui devient une matrice mousseuse de flocons de graphène interconnectés.

En infusant d'abord le polymère avec de l'acide borique, les chercheurs ont quadruplé la capacité du supercondensateur à stocker une charge électrique tout en augmentant considérablement sa densité énergétique.

Le procédé de fabrication simple peut également convenir à la fabrication de catalyseurs, transistors à émission de champ et composants pour cellules solaires et batteries lithium-ion, ils ont dit.

La recherche est détaillée dans la revue American Chemical Society ACS Nano .

Les condensateurs se chargent rapidement et libèrent leur énergie en rafale en cas de besoin, comme dans un flash d'appareil photo. Les supercondensateurs ajoutent la capacité énergétique élevée des batteries à l'ensemble et ont un potentiel pour les véhicules électriques et d'autres applications lourdes. Le potentiel de les réduire en un petit souple, un emballage facile à produire pourrait les rendre adaptés à de nombreuses autres applications, selon les chercheurs.

Dans les travaux antérieurs, l'équipe dirigée par l'étudiant diplômé de Rice, Zhiwei Peng, a essayé de nombreux polymères et a découvert qu'un polyimide commercial était le meilleur pour le processus. Pour le nouveau travail, le laboratoire a dissous de l'acide borique dans de l'acide polyamique et l'a condensé en une feuille de polyimide infusée de bore, qui a ensuite été exposé au laser.

Le processus en deux étapes produit des microsupercondensateurs avec quatre fois la capacité de stocker une charge électrique et cinq à 10 fois la densité d'énergie du précédent, version sans bore. Les nouveaux appareils se sont avérés très stables sur 12, 000 cycles de charge-décharge, conservant 90 pour cent de leur capacité. Dans les tests de résistance, ils en ont traité 8, 000 cycles de pliage sans perte de performance, les chercheurs ont rapporté.

Tour a déclaré que la technique se prête à l'échelle industrielle, production roll-to-roll de microsupercondensateurs. "Ce que nous avons fait montre que d'énormes modulations et améliorations peuvent être apportées en ajoutant d'autres éléments et en effectuant d'autres chimies dans le film polymère avant l'exposition au laser, " il a dit.

"Une fois que le laser l'a exposé, ces autres éléments effectuent de nouvelles chimies qui augmentent vraiment les performances du supercondensateur. Il s'agit d'une étape pour les rendre encore plus adaptés aux applications industrielles. »