[ad_1]
Los microsupercondensadores planos flexibles (MSC) son particularmente ventajosos como dispositivos de almacenamiento de energía en miniatura porque ofrecen una gran flexibilidad e integración.
Estudio: nanopartículas de NiO ancladas en grafeno inducido por láser dopado con N para microsupercondensadores planares flexibles. Crédito: Rost9/Shutterstock.com
En un estudio publicado en la revista Nanomateriales aplicados ACSpropone un enfoque eficiente de escritura directa por láser (LDW) para formar microsupercondensadores planos flexibles utilizando en el sitio produjo nanopartículas de NiO unidas a electrodos compuestos de grafeno inducido por láser (NiO/NLIG) dopados con nitrógeno.
El auge de los microsupercondensadores planares flexibles
Los dispositivos de almacenamiento de energía en miniatura flexibles y portátiles son cada vez más importantes en la fabricación de dispositivos electrónicos de próxima generación.
Los microsupercondensadores (MSC) se muestran prometedores en los sistemas electrónicos flexibles miniaturizados debido a su peso ligero, velocidades de carga y descarga rápidas, altas densidades de energía y excelente estabilidad de ciclo.
Los MSC flexibles se clasifican en dos tipos principales: MSC planos y MSC de tipo sándwich. Los MSC planos flexibles están diseñados con dedos interdigitales como colectores de corriente y el electrolito está cubierto en las superficies y espacios de los electrodos.
Estos MSC planos flexibles ofrecen una fácil integración y son candidatos para los sistemas de almacenamiento de energía en miniatura de próxima generación.
La ventaja más llamativa de los microsupercondensadores planos flexibles sobre los MSC sándwich tradicionales es el pequeño espacio entre los electrodos interconectados eléctricamente aislados, lo que elimina efectivamente la necesidad de un separador y facilita la integración de microsupercondensadores planos flexibles con varios componentes electrónicos.
Fabricación de microsupercondensadores planos por estructuración de electrodos
Un método clave para desarrollar microsupercondensadores planos flexibles es el patrón de electrodos. El objetivo principal es instalar electrodos estructurados en plataformas flexibles utilizando técnicas de procesamiento micro-nano altamente eficientes, de bajo costo y respetuosas con el medio ambiente.
Los procesos de fotolitografía y grabado con plasma a menudo requieren máscaras personalizadas y condiciones de procesamiento específicas, lo que resulta en procesos costosos y que consumen mucho tiempo. Por lo tanto, estos métodos no siempre son escalables y universalmente aplicables.
Del mismo modo, la impresión por chorro de tinta y la serigrafía tienen criterios específicos para las tintas de chorro de tinta diluidas y las pastas serigráficas, lo que limita la gama de materiales de electrodos disponibles.
La escritura directa por láser (LDW) es un método de procesamiento notablemente eficiente que utiliza láseres de onda pulsada o continua para fabricar electrodos estampados, rápidos y sin máscara en un solo paso en entornos sin vacío.
Problemas con las técnicas convencionales de fabricación de grafeno
Las nanopartículas se han utilizado ampliamente en los sistemas de almacenamiento de energía debido a sus propiedades únicas. El grafeno se muestra prometedor en el almacenamiento de energía electroquímica para supercondensadores debido a su excelente conductividad y su gran área específica.
El grafeno fabricado mediante técnicas existentes adolece de varias desventajas. El pelado mecánico da como resultado el tamaño pequeño y la forma irregular de las láminas de grafeno. La tecnología CVD implica procesos de fabricación complejos y mayores costos. El proceso redox puede conducir a la degradación de las propiedades innatas deseables del grafeno y al daño ambiental debido a las emisiones excesivas de desechos químicos.
Estas desventajas limitan la producción en masa y el uso generalizado del grafeno.
Grafeno inducido por láser
El grafeno inducido por láser (LIG) ofrece una ruta única para la síntesis y aplicación de grafeno. También se pueden usar varios materiales poliméricos como polieterimida, tela, madera y papel para producir grafeno inducido por láser.
El grafeno inducido por láser ofrece todas las ventajas del grafeno estándar, como B. excelente conductividad térmica y eléctrica, grandes áreas específicas y notables propiedades mecánicas. Además, facilita la fabricación de electrodos con diseño de grafeno para microsupercondensadores planares flexibles.
Sin embargo, estos MSC de grafeno inducidos por láser en el plano suelen ser condensadores eléctricos de doble capa, lo que limita la mejora de sus capacidades de almacenamiento de energía debido a las propiedades del grafeno.
El dopaje de grafeno inducido por láser con materiales heterogéneos, como sustancias pseudocapacitivas para fabricar electrodos compuestos, es una técnica particularmente eficaz para mejorar las propiedades electroquímicas de los microsupercondensadores planos compuestos flexibles basados en LIG.
Hallazgos clave del estudio
En esta investigación, el equipo utilizó un enfoque de escritura directa con láser simple y eficaz para fabricar microsupercondensadores planares flexibles utilizando los electrodos compuestos NiO/NLIG.
Los microsupercondensadores planos flexibles hechos de LIG dopado con nitrógeno y nanopartículas pseudocapacitivas de NiO mostraron propiedades electroquímicas notables, incluida una alta densidad de energía, una capacitancia específica de área significativa y un excelente rendimiento y estabilidad del ciclo.
En contraste con las características de capacitancia de doble capa de los MSC basados en LIG puro, los microsupercondensadores de NiO/NLIG exhibieron características capacitivas y pseudocapacitivas eléctricas de doble capa.
Los electrodos de NiO/NLIG mostraron una mayor hidrofilicidad en comparación con los electrodos LIG desnudos, lo que resultó en una humectabilidad mejorada entre el electrolito de hidrogel y el electrodo en supercondensadores acuosos.
Basado en los microsupercondensadores NiO/NLIG planos flexibles, la integración y modularización de MSC de tipo plano de alto rendimiento se puede realizar fácilmente para cumplir con los requisitos específicos. Se espera que estos MSC planares impulsen la próxima generación de electrónica flexible.
Relación
Zhao J, Wang S, Gao L, Zhang D, Guo Y y Xu R (2022). Nanopartículas de NiO ancladas en grafeno inducido por láser dopado con N para microsupercondensadores planares flexibles. Nanomateriales aplicados ACS. Disponible en: https://doi.org/10.1021/acsanm.2c02434
[ad_2]