Les chercheurs de DGIST ont trouvé un moyen peu coûteux de fabriquer de minuscules dispositifs de stockage d'énergie qui peuvent alimenter efficacement des capteurs de peau flexibles et portables ainsi que d'autres appareils électroniques, ouvrant la voie à la surveillance médicale et aux diagnostics à distance et aux appareils portables. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Nano énergie .

Les scientifiques des matériaux Sungwon Lee et Koteeswara Reddy Nandanapalli de l'Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST) ont développé le processus de fabrication avec des collègues en Corée. La clé du succès consiste à pulvériser une quantité spécifique d'encre au graphène sur des substrats flexibles à un angle et à une température spécifiques.

Lee déclare : « La demande de diagnostic à distance et d'appareils portables augmente rapidement et, par conséquent, de nombreux scientifiques concentrent leurs efforts de recherche sur le développement de divers appareils électroniques pour la peau, ce qui nécessite des dispositifs énergétiques extrêmement petits et flexibles comme source d'alimentation."

Lorsque les micro-supercondensateurs sont chargés, des charges électriques positives et négatives s'accumulent sur leurs électrodes et sont stockées sous forme d'énergie. Ces appareils ont des temps de charge et de décharge courts par rapport aux batteries, mais ils ne peuvent pas stocker autant d'énergie.

Le graphène est un matériau prometteur pour améliorer leur stockage d'énergie, car les électrodes en graphène sont très poreuses et offrent ainsi une plus grande surface pour que les réactions électrostatiques nécessaires se produisent.

Une autre façon d'améliorer les performances des micro-supercondensateurs consiste à fabriquer des électrodes à dents imbriquées, comme ceux de deux peignes, augmenter la quantité d'énergie qui peut être stockée. Mais ce processus est coûteux et ne fonctionne pas sur les flexibles, substrats sensibles à la température.

La solution évidente serait de pulvériser du graphène sur un substrat flexible, mais la pulvérisation verticale conduit à des électrodes peu poreuses et à couches compactes, leur donnant des performances médiocres.

Lee, Nandanapalli, et leurs collègues ont pulvérisé de l'encre au graphène sur une couche mince, substrats souples, fabriquer un micro-supercondensateur fin comme du papier avec des électrodes imbriquées et d'excellentes performances.

L'astuce, ils ont exploré, consistait à pulvériser dix millilitres d'encre au graphène à un angle de 45° et à une température de 80°C sur un substrat flexible. Cela a conduit à la formation de poreux, électrodes multicouches. Le micro-supercondensateur de l'équipe mesure 23 micromètres d'épaisseur, dix fois plus fin que le papier, et conserve sa stabilité mécanique après 10, 000 virages. Elle peut stocker environ 8,4 microfarads de charge par centimètre carré (2 fois supérieure à celle de la valeur rapportée aujourd'hui) et a une densité de puissance d'environ 1,13 kilowatt par kilogramme (4 fois supérieure à celle des batteries Li-ion). L'équipe a démontré qu'il pouvait être utilisé dans des appareils portables qui adhèrent à la peau.

"Nos travaux montrent qu'il est possible de réduire l'épaisseur des micro-supercapacités pour une utilisation dans des dispositifs flexibles, sans dégrader leurs performances, ", explique Lee. L'équipe vise ensuite à améliorer la capacité de stockage et la consommation d'énergie des micro-supercondensateurs pour les rendre utilisables dans des appareils électroniques pour la peau du monde réel.