Gefaltetes Graphen weist eine außergewöhnliche Energiespeicherkapazität auf

Wenn jemand ein Stück Papier zerknittert, bedeutet dies normalerweise, dass er es werfen muss. Forscher haben nun herausgefunden, dass ein Stück gefaltetes Graphenpapier - ein Material, das durch eine zweidimensionale Schicht aus Kohlenstoffatomen miteinander verbunden ist - eine neue Eigenschaft aufweist, mit der außergewöhnliche einziehbare Superkondensatoren hergestellt werden können. Ein Kondensator kann Energie für ein flexibles elektronisches Gerät speichern. Zhao Xuanhe, Assistenzprofessor für Maschinenbau sowie Bau- und Umweltingenieurwesen am Massachusetts Institute of Technology, und vier weitere Autoren veröffentlichten die Ergebnisse in der Zeitschrift Scientific Reports. Das Forschungsteam sagte, dass der neue flexible Superkondensator einfacher herzustellen und kostengünstiger herzustellen sein sollte.

Zweidimensionales "Kohlepapier" kann einen einziehbaren Superkondensator bilden, der flexible elektronische Geräte mit Strom versorgt.

Um plissiertes Graphen zu bilden, wird zuerst eine Schicht aus Polymermaterial in zwei Dimensionen gestreckt, und dann wird Graphen an das gestreckte Polymermaterial gebunden.

Um plissiertes Graphen zu bilden, wird zuerst eine Schicht aus Polymermaterial in zwei Dimensionen gestreckt, und dann wird Graphen an das gestreckte Polymermaterial gebunden. Wenn die Dehnung in einer Dimension gelöst wird, treten regelmäßige Falten auf dem Graphen auf, wie in der unteren linken Abbildung gezeigt, die durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) erhalten wird. Wenn schließlich die Dehnung in der anderen Dimensionsrichtung gelöst wird, erscheinen gemischte Falten auf dem Graphen (wie in der Abbildung oben links gezeigt). Das REM-Bild des oberen rechten Feldes zeigt, dass sich das Graphen in einem leicht gefalteten Zustand befindet. Das REM-Bild des unteren rechten Feldes zeigt das abgeflachte gefaltete Graphen. Das Bild wird vom Forscher zur Verfügung gestellt.

Plissee Graphen Super Sensor Diagramm

Plissee-Graphen-Supersensordiagramm (oberer linker Teil der Abbildung). Die obere und untere Schicht sind Polymere, die als Substrate verwendet werden, die schwarzen zwei Schichten sind plissiertes Graphen und die weiße Zwischenschicht ist ein Hydrogel, das als Elektrolyt verwendet wird. Die Abbildung zeigt das tatsächliche Produkt eines Superkondensators, was beweist, dass es seine Leitfähigkeitseigenschaften ohnehin nicht beeinflusst. Das Bild wird vom Forscher zur Verfügung gestellt.

Wenn jemand ein Stück Papier zerknittert, bedeutet dies normalerweise, dass er es werfen muss. Forscher haben nun herausgefunden, dass ein Stück gefaltetes Graphenpapier - ein Material, das durch eine zweidimensionale Schicht aus Kohlenstoffatomen miteinander verbunden ist - eine neue Eigenschaft aufweist, mit der außergewöhnliche einziehbare Superkondensatoren hergestellt werden können. Ein Kondensator kann Energie für ein flexibles elektronisches Gerät speichern.

Zhao Xuanhe, Assistenzprofessor für Maschinenbau sowie Bau- und Umweltingenieurwesen am Massachusetts Institute of Technology, und vier weitere Autoren veröffentlichten die Ergebnisse in der Zeitschrift Scientific Reports. Das Forschungsteam sagte, dass der neue flexible Superkondensator einfacher herzustellen und kostengünstiger herzustellen sein sollte.

Zhao Xuanhe sagte: "Viele Menschen studieren Graphenpapier: Da Graphen eine sehr große Oberfläche pro Masseneinheit hat, ist es ein gutes Material geworden, aus dem Superkondensatoren hergestellt werden können." Er wies auch darauf hin, dass die heutigen flexiblen elektronischen Geräte für die Entwicklung flexible elektrische Energiespeichersysteme wie tragbare, implantierbare biomedizinische Sensoren oder Überwachungsgeräte erfordern.

Wie eine Batterie kann ein Superkondensator elektrische Energie speichern, aber ein Superkondensator speichert elektrische Energie hauptsächlich in Form von statischer Elektrizität, anstatt sie in Form von chemischer Energie zu speichern. Daher liefern Superkondensatoren elektrische Energie schneller als Batterien. Zhao Xuanhe und sein Team haben gezeigt, dass ein Superkondensator, der auf das Achtfache seiner ursprünglichen Größe gebogen oder gedehnt werden kann, hergestellt werden kann, indem eine Schicht Graphenpapier zu einer gemischten Falte verarbeitet wird. Für den Beweis des Prinzips hat das Forscherteam diese Methode verwendet, um einen einfachen Superkondensator zu erstellen.

Das Team zeigte, dass das Material nach 1000-maligem Knicken und Abflachen keinen signifikanten Leistungsabfall aufwies. Zhao Xuanhe sagte: "Graphenpapier ist sehr haltbar, es kann vielen Runden großer Verformung standhalten." Graphen ist eine hexagonale reine Kohlenstoffstruktur mit nur einer Kohlenstoffatomdicke. Es ist eines der stärksten bekannten Materialien. .

Um plissiertes Graphenpapier herzustellen, wird zuerst eine Materialschicht auf eine mechanische Vorrichtung gelegt, um die Materialschicht in eine Richtung zu komprimieren, um eine Reihe von parallelen Falten zu bilden, die dann in die andere Richtung komprimiert werden, um eine gemischte Falte zu bilden . Oberfläche. Diese Materialschicht lässt sich beim Dehnen leicht abflachen.

Zur Bildung des Kondensators sind zwei Kondensatoren erforderlich. In diesem Beispiel sind zwei Schichten plissiertes Graphenpapier erforderlich. Zwischen den beiden Kondensatorschichten ist eine Isolierschicht erforderlich. In diesem Beispiel besteht die Isolierschicht aus einem Hydrogel. Hydrogele weisen wie gefaltetes Graphen eine starke Verformbarkeit und Duktilität auf. Selbst wenn es gebogen oder gedehnt wird, können die drei Schichten daher in Kontakt bleiben.

Li Dan, Professor für Werkstofftechnik an der Universität von Monash in Australien, der nicht an der Studie teilgenommen hat, sagte: "Ich bin sehr aufgeregt und überrascht von dieser Arbeit. Er wies darauf hin, dass das Forschungsteam ein äußerst einfaches, aber effizientes Konzept lieferte einer einziehbaren Elektrode zur Herstellung von Superkondensatoren durch Steuerung der Falten von mehrschichtigen Graphenfilmen. Er fügte hinzu: "In einer Zeit, in der andere Teams bereits flexible Superkondensatoren hergestellt haben, ist die Herstellung einziehbarer Superkondensatoren eine große Herausforderung. Dieser Artikel schlägt einen cleveren Weg vor, um dieser Herausforderung zu begegnen, und ich glaube, er wird jedem tragbare Energiespeicher bringen. ""

Zum Forschungsteam gehören auch Qi Jianfeng von der Huazhong Universität für Wissenschaft und Technologie, Cao Changyang, Feng Yaying und Liu Jie von der Duke Universität. Diese Arbeit wurde vom National Naval Office, der National Science Foundation und dem China National Thousand Talents Program finanziert.

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