Certains appareils électroniques peuvent se plier, torsion et étirement dans les écrans portables, applications biomédicales et robots mous. Alors que les circuits de ces appareils sont devenus de plus en plus souples, les batteries et les supercondensateurs qui les alimentent sont encore rigides. Maintenant, chercheurs en ACS' Lettres nano rapportent un supercondensateur flexible avec des électrodes en carbure de titane plissé, un type de nanomatériau MXene, qui conserve sa capacité à stocker et à libérer des charges électroniques après un étirement répétitif.
Un défi majeur que l'électronique extensible doit surmonter est la nature rigide et inflexible de leurs composants de stockage d'énergie, batteries et supercondensateurs. Supercondensateurs utilisant des électrodes en carbures métalliques de transition, carbonitrures ou nitrures, appelé MXenes, ont des propriétés électriques souhaitables pour les appareils flexibles portables, telles que la charge et la décharge rapides. Et la façon dont 2D MXenes peut former des nanofeuilles multicouches offre une grande surface pour le stockage d'énergie lorsqu'elles sont utilisées dans des électrodes. Cependant, les chercheurs précédents ont dû incorporer des polymères et d'autres nanomatériaux pour empêcher ces types d'électrodes de se casser lorsqu'ils sont pliés, ce qui diminue leur capacité de stockage électrique. Donc, Desheng Kong et ses collègues voulaient voir si la déformation d'un film de carbure de titane MXene vierge en crêtes en accordéon maintiendrait les propriétés électriques de l'électrode tout en ajoutant de la flexibilité et de l'extensibilité à un supercondensateur.
Les chercheurs ont désintégré la poudre de carbure de titane et d'aluminium en flocons avec de l'acide fluorhydrique et ont capturé les couches de nanofeuilles de carbure de titane pur sous la forme d'un film grossièrement texturé sur un filtre. Ensuite, ils ont placé le film sur un morceau d'élastomère acrylique pré-étiré qui était à 800% de sa taille détendue. Lorsque les chercheurs ont libéré le polymère, il a rétréci à son état d'origine, et les nanofeuilles collées se sont froissées en rides en accordéon.
Dans les premières expériences, l'équipe a découvert que la meilleure électrode était constituée d'un film de 3 µm d'épaisseur qui pouvait être étiré et détendu de manière répétitive sans être endommagé et sans modifier sa capacité à stocker une charge électrique. L'équipe a utilisé ce matériau pour fabriquer un supercondensateur en prenant en sandwich un électrolyte en gel d'acide polyvinyl(alcool)-sulfurique entre une paire d'électrodes en carbure de titane étirables. L'appareil avait une capacité énergétique élevée comparable aux supercondensateurs à base de MXene développés par d'autres chercheurs, mais il avait également une extensibilité extrême jusqu'à 800% sans que les nanofeuilles ne se fissurent. Il a maintenu environ 90 % de sa capacité de stockage d'énergie après avoir été étiré 1, 000 fois, ou après avoir été plié ou tordu. Les chercheurs affirment que l'excellent stockage d'énergie et la stabilité électrique de leur supercondensateur sont attrayants pour les dispositifs de stockage d'énergie extensibles et les systèmes électroniques portables.
