Se descubre que el grafeno plisado tiene una extraordinaria capacidad de almacenamiento de energía

Cuando alguien arruga un papel, generalmente significa que tiene que tirarlo. Pero los investigadores ahora han descubierto que un trozo de papel de grafeno plisado, un material que está unido por una capa bidimensional de átomos de carbono, tiene una nueva propiedad que puede usarse para crear supercondensadores retráctiles extraordinarios. Un condensador puede almacenar energía para un dispositivo electrónico flexible. Zhao Xuanhe, profesor asistente de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, y otros cuatro autores publicaron los hallazgos en la revista Scientific Reports. El equipo de investigación dijo que el nuevo supercondensador flexible debería ser más fácil de fabricar y menos costoso de fabricar.

El "papel carbón" bidimensional puede formar un supercondensador retráctil que proporciona energía a dispositivos electrónicos flexibles.

Para formar grafeno plisado, primero se estira una capa de material polimérico en dos dimensiones y luego se une el grafeno al material polimérico estirado.

Para formar grafeno plisado, primero se estira una capa de material polimérico en dos dimensiones y luego se une el grafeno al material polimérico estirado. Cuando se libera el estiramiento en una dimensión, aparecen arrugas regulares en el grafeno, como se muestra en la figura inferior izquierda, que se obtiene mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Finalmente, cuando se libera el estiramiento en la otra dirección de dimensión, aparecen pliegues mixtos en el grafeno (como se muestra en la figura superior izquierda). La imagen SEM del panel superior derecho muestra que el grafeno está en un estado ligeramente plisado. La imagen SEM del panel inferior derecho muestra el grafeno plisado aplanado. La imagen es proporcionada por el investigador.

Diagrama de super sensor de grafeno plisado

Diagrama del super sensor de grafeno plisado (parte superior izquierda de la figura). Las capas superior e inferior son polímeros que se utilizan como sustratos, las dos capas negras son de grafeno plisado y la capa intermedia blanca es un hidrogel que se utiliza como electrolito. La ilustración muestra el producto real de un supercondensador, lo que demuestra que no afecta sus propiedades conductoras de todos modos. La imagen es proporcionada por el investigador.

Cuando alguien arruga un papel, generalmente significa que tiene que tirarlo. Pero los investigadores ahora han descubierto que un trozo de papel de grafeno plisado, un material que está unido por una capa bidimensional de átomos de carbono, tiene una nueva propiedad que puede usarse para crear supercondensadores retráctiles extraordinarios. Un condensador puede almacenar energía para un dispositivo electrónico flexible.

Zhao Xuanhe, profesor asistente de ingeniería mecánica e ingeniería civil y ambiental en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, y otros cuatro autores publicaron los hallazgos en la revista Scientific Reports. El equipo de investigación dijo que el nuevo supercondensador flexible debería ser más fácil de fabricar y menos costoso de fabricar.

Zhao Xuanhe dijo: "Mucha gente está estudiando el papel de grafeno: dado que el grafeno tiene una superficie muy grande por unidad de masa, se ha convertido en un buen material que puede usarse para fabricar supercondensadores". También señaló que los dispositivos electrónicos flexibles de hoy en día El desarrollo requiere sistemas flexibles de almacenamiento de energía eléctrica, como dispositivos de monitoreo o sensores biomédicos implantables portátiles.

Al igual que una batería, un supercondensador puede almacenar energía eléctrica, pero un supercondensador almacena energía eléctrica principalmente en forma de electricidad estática en lugar de almacenarla en forma de energía química, por lo que los supercondensadores entregan energía eléctrica más rápido que las baterías. Zhao Xuanhe y su equipo demostraron que un supercondensador que se puede doblar o estirar hasta 8 veces su tamaño original se puede hacer haciendo una capa de papel de grafeno en un pliegue mixto. Como prueba de principio, el equipo de investigación ha utilizado este método para crear un supercondensador simple.

El equipo demostró que el material no mostró una caída significativa en el rendimiento después de ser doblado y aplanado repetidamente 1,000 veces. Zhao Xuanhe dijo: "El papel de grafeno es muy duradero, puede soportar muchas rondas de gran deformación". El grafeno es una estructura hexagonal de carbono puro con un solo grosor de átomo de carbono, es uno de los materiales más poderosos que se conocen. .

Para hacer papel de grafeno plisado, primero se coloca una capa de material en un dispositivo mecánico para comprimir la capa de material en una dirección para formar una serie de pliegues paralelos entre sí, que luego se comprimen en la otra dirección para formar un pliegue mixto. . superficie. Esta capa de material se aplana fácilmente cuando se estira.

Se requieren dos condensadores para formar el condensador. En este ejemplo, se requieren dos capas de papel de grafeno plisado. Se requiere una capa aislante entre las dos capas de condensadores. En este ejemplo, la capa aislante está hecha de un hidrogel. Al igual que el grafeno plisado, los hidrogeles tienen una fuerte deformabilidad y ductilidad. Por lo tanto, incluso si está doblado o estirado, las tres capas pueden permanecer en contacto.

Li Dan, profesor de ingeniería de materiales en la Universidad de Monash en Australia que no participó en el estudio, dijo: "Estoy realmente emocionado y sorprendido por este trabajo. Señaló que el equipo de investigación proporcionó un concepto extremadamente simple pero eficiente". de un electrodo retráctil para fabricar supercondensadores controlando los pliegues de películas de grafeno multicapa. Añadió: "En un momento en que otros equipos ya han fabricado supercondensadores flexibles, fabricar supercondensadores retráctiles es un gran desafío. Este artículo propone una forma inteligente de afrontar este desafío y creo que traerá dispositivos portátiles de almacenamiento de energía a todo el mundo. "

El equipo de investigación también incluye a Qi Jianfeng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, Cao Changyang, Feng Yaying y Liu Jie de la Universidad de Duke. Este trabajo fue financiado por la Oficina Naval Nacional, la Fundación Nacional de Ciencias y el Programa Nacional de los Mil Talentos de China.

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