Actuellement, les recherches dans le domaine des supercondensateurs flexibles et extensibles se concentrent sur le réglage des électrodes, car ils ont l'effet le plus significatif sur les performances. Cependant, les matériaux de séparation pour de telles applications restent largement inexplorés. Récemment, un groupe de scientifiques de Skoltech et de l'université Aalto (Finlande) a proposé une nouvelle méthode pour la fabrication d'un supercondensateur étirable entièrement en nanotubes à partir d'électrodes à film SWCNT et d'un séparateur BNNT.

En plus d'être diélectrique, poreux et chimiquement inerte, les séparateurs pour supercondensateurs extensibles doivent résister à la flexion et à l'étirement sans dommages structurels graves. Les matériaux qui sont connus pour répondre à ces exigences comprennent les polymères et les électrolytes à base de polymère. Cependant, bien qu'il soit peu coûteux et non toxique, de tels matériaux présentent un mauvais mouillage avec des électrolytes aqueux et ont des problèmes de résistance mécanique. De plus, leur forte épaisseur (0,2 mm) se traduit par des résistances internes élevées du dispositif assemblé. En revanche, nanotubes de nitrure de bore (BNNT), qui ont été utilisés dans ce travail, est un nanomatériau diélectrique qui présente un module d'Young et une résistance à la traction élevés, et donc considérés comme des matériaux parfaits pour les applications de séparateur étirable. Un autre élément clé des supercondensateurs sont les électrodes, qui doivent être hautement conducteurs et mécaniquement stables. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé des films de nanotubes de carbone (CNT) car ce matériau a une structure de pores unique, surface spécifique élevée, faible résistivité électrique et haute stabilité chimique, et un module d'élasticité et de résistance à la traction de Young exceptionnellement élevé.

Le séparateur BNNT de seulement 0,5 µm d'épaisseur a assuré une protection fiable contre les courts-circuits et une faible résistance série équivalente (ESR) du supercondensateur extensible (SSC). Le dispositif, fabriqué dans une configuration de cellule d'essai pour la caractérisation des matériaux, conserve 96 pour cent de sa capacité initiale après 20 000 cycles de charge/décharge avec une faible résistance série équivalente de 4,6 Ω. Le prototype de supercondensateur extensible résiste à au moins 1000 cycles de déformation de 50 pour cent avec une légère augmentation de la capacité volumétrique et de la densité de puissance volumétrique de 32 mW cm ^-3 à 40 mW cm ^-3 après étirement, ce qui est plus élevé qu'auparavant. De plus, une faible résistance de 250 Ω pour le prototype étirable tel que fabriqué a été obtenue. Le processus de fabrication simple de tels dispositifs peut être facilement étendu, fabriquer les supercondensateurs extensibles tout nanotubes, présenté ici, éléments prometteurs dans les futurs appareils portables.

"Dans ce travail, nous avons appliqué des couches minces de SWCNT comme électrodes et de BNNT comme séparateur pour fabriquer des supercondensateurs extensibles entièrement en nanotubes. Nous avons choisi d'utiliser les films SWCNT et BNNT ensemble en raison de plusieurs qualités importantes, comme les structures en treillis, qui renforcent le matériau entre les parois des deux matériaux et permettent de tester et caractériser le dispositif sous étirement mécanique. Nous avons également résolu avec succès le problème de l'épaisseur et de la résistance du séparateur en gardant les propriétés élastiques de l'appareil, " a déclaré Evgenia Gilshteyn, étudiante au doctorat de Skoltech, l'auteur principal de l'étude.

Le professeur Skoltech Albert Nasibulin a ajouté :« La technologie de fabrication des SSC est très simple, car il est basé sur des techniques de transfert par dépôt sec et d'aérographe. Avec ses performances stables, l'appareil pourrait être un candidat prometteur pour les appareils électroniques portables et les systèmes de stockage d'énergie flexibles."