Des chercheurs fabriquent de nouveaux supercondensateurs flexibles sur papier

Les appareils portables tels que les montres intelligentes, les trackers de fitness et les casques de réalité virtuelle sont de plus en plus courants. Ils sont alimentés par une électronique flexible constituée d’électrodes avec une feuille de plastique ou de métal comme substrats. Cependant, ces deux éléments présentent leurs propres inconvénients. Les plastiques souffrent d’une mauvaise adhérence et d’une faible durabilité, tandis que les feuilles métalliques rendent les dispositifs encombrants et moins flexibles.

Dans ce contexte, le papier est une alternative prometteuse. Il est poreux, léger, fin, pliable et flexible. De plus, le papier a des fibres réparties de manière aléatoire qui fournissent une grande surface pour déposer le matériau d’électrode actif, ce qui lui confère d’excellentes propriétés électrochimiques.

En conséquence, les chercheurs ont développé divers supercondensateurs à base de papier, des dispositifs qui stockent la charge électrique et l’énergie, en empilant plusieurs feuilles, agissant comme des électrodes positives et négatives et des séparateurs. Cependant, un tel agencement augmente la taille et la résistance du dispositif. De plus, ils ont tendance à former des plis, à se décoller et à glisser les uns sur les autres, ce qui détériore davantage les performances de l’appareil.

Pour résoudre ces problèmes, un groupe de chercheurs de l’Université Chung-Ang, dirigé par le professeur Suk Tai Chang et le professeur agrégé Inho Nam, a récemment fabriqué une structure comprenant des électrodes multicouches intégrées verticalement dans une seule feuille de papier. La nouvelle conception surmonte les problèmes associés aux feuilles empilées tout en conservant les avantages inhérents d’un substrat à base de papier. Leur travail a été publié dans Revue de génie chimique.

Le Dr Nam décrit brièvement le processus de fabrication : “Tout d’abord, une couche de cire de paraffine hydrofuge a été imprimée et chauffée des deux côtés d’un papier filtre. Cela a formé un canal respectueux de l’eau entouré d’une barrière de cire à l’intérieur du papier. Suite à cela, le papier a été successivement plongé dans des solutions de nanoparticules d’or et d’amélioration de l’or, qui ont pénétré dans le canal par capillarité, ce qui a donné une électrode d’or au milieu du papier Des électrodes similaires ont ensuite été fabriquées sur les surfaces supérieure et inférieure du papier pour obtenir un multi plate-forme d’électrodes à couches.”

Les chercheurs ont terminé la conception du supercondensateur en déposant du dioxyde de manganèse – un matériau d’électrode actif – sur l’électrode en papier d’or, qui a ensuite été immergée dans une solution d’électrolyte en gel d’alcool polyvinylique et de sulfate de sodium. Une fois le gel solidifié, ils ont caractérisé les électrodes en dioxyde de manganèse-or-papier à l’aide de diverses techniques de mesure électrochimique, telles que la voltamétrie cyclique, la charge et la décharge galvanostatiques et la spectroscopie d’impédance électrochimique.

Pour leur plus grand plaisir, la conception du supercondensateur a montré une faible résistance électrique, une capacité de pliage élevée et une bonne résistance mécanique. Le dioxyde de manganèse a amélioré sa surface active, ce qui a encore amélioré les performances électrochimiques. De plus, le supercondensateur a démontré un stockage d’énergie élevé avec une énergie surfacique maximale et des densités de puissance de 13,73 μW-h-cm^-2 et 1,6 mW-cm^-2, respectivement. De plus, il a conservé sa capacité de stockage même après avoir subi 6000 cycles de charge-décharge.

En effet, la plate-forme de supercondensateur à électrodes multicouches est un dispositif de stockage d’énergie super dense qui utilise la surface de papier bidimensionnelle comme échafaudage tridimensionnel. En outre, il peut être utilisé dans des configurations de circuits intégrés parallèles et en série sans modifier les fils et circuits externes.

“Notre plate-forme proposée contourne la plupart des défis de fabrication liés aux feuilles de stockage d’énergie bidimensionnelles. Nous pensons que les résultats de notre étude guideront la future fabrication d’électronique à base de papier avec plus d’électrodes multicouches”, déclare le professeur Chang.

Fourni par l’Université Chung Ang