Hoogwaardige flexibele supercondensators kunnen uw volgende smartwatch van stroom voorzien

Anonim

Hoogwaardige flexibele supercondensators kunnen uw volgende smartwatch van stroom voorzien

Elektronica

Dario Borghino

11 juli 2015

2 afbeeldingen

MIT-onderzoekers hebben ontdekt dat garen gemaakt van nanobuizen van niobium kan worden gebruikt om zeer efficiënte supercondensatoren te maken (Credit: MIT)

Onderzoekers van het MIT hebben een nieuw type flexibele supercapacitor op basis van nanodraad ontwikkeld met prestaties die de grafeen-tegenhanger ver te boven gaan. Het zou kunnen worden gebruikt als de ideale energiebron voor de volgende generatie fitnesstrackers en andere draagbare apparaten.

Batterijprestaties zijn een van de belangrijkste knelpunten voor de steeds populairder wordende smartwatches en fitness-trackers. Het probleem is dat de zeer strikte groottebeperkingen voor deze apparaten ervoor zorgen dat hun zeer kleine energiecellen moeite hebben om de snelle uitbarstingen van stroom te leveren die nodig zijn om gegevens draadloos uit te zenden, vooral over lange afstanden.

Een betere manier om verder te gaan zou kunnen zijn om kleine supercondensatoren te gebruiken, die snelle uitbarstingen van hoog vermogen kunnen leveren, als aanvulling op batterijen. Onderzoekers haasten zich om hoogwaardige supercapaciteiten te ontwikkelen op basis van een aantal materialen. Koolstofnanobuisjes en grafeen blijven echter twee van de sterkste kandidaten omdat hun grote oppervlak een groot aantal ionen kan inpakken, wat betekent dat er meer energie kan worden opgeslagen in een klein en licht apparaat.

De nieuwe benadering voorgesteld door MIT maakt gebruik van garens gemaakt van niobium nanodraden als de elektroden in kleine supercondensatoren. Volgens de onderzoekers heeft deze nieuwe supercapacitor op basis van nanodraad een hoge volumetrische vermogensdichtheid (vermogen per volume-eenheid) van 55 W / cc en een energiedichtheid (energie per volume-eenheid) van 7 mWh / cc, die respectievelijk twee en vijf keer hoger dan die van op koolstof nanobuis gebaseerde garens. Bovendien neemt het apparaat ook een zeer klein volume in en zal het waarschijnlijk in staat zijn om tegen lage kosten te worden geproduceerd.

Net als bij de op koolstof gebaseerde tegenhangers bereiken de op niobium gebaseerde nanodraden hoge prestaties door een hoge geleidbaarheid en een hoog oppervlaktegebied, maar in tegenstelling hiermee kunnen de MIT-supercondensatoren het zonder een metalen achterkant doen, wat aanzienlijke hoeveelheden ruimte bespaart. Dit is vooral belangrijk als deze apparaten gebruikt kunnen worden in draagbare apparaten, waar de ruimte erg hoog is. Niobium is ook een redelijk overvloedig materiaal, dus de supercondensatoren zullen naar verwachting relatief goedkoop en gemakkelijk te produceren zijn.

Naast het volgen van fitness en gezondheid, kunnen de supercapaciteiten van het niobiumgaren ook worden gebruikt waar kleine krachtstoringen nodig zijn, zoals voor het aandrijven van kleine robots of in omgevingen met extreme temperaturen (aangezien niobium een ​​zeer hoog smeltpunt heeft van 2500 ° C / 4500 ° F ). Omdat het materiaal zeer flexibel is en slechts 140 nanometer in diameter heeft, kan het ook in weefsels worden geweven om draagbare apparaten te creëren met een nog lagere footprint.

Het materiaal is tot nu toe alleen op laboratoriumschaal geproduceerd, maar de onderzoekers zeggen dat ze nu proberen een versie van de supercapacitor te ontwerpen en te implementeren die gemakkelijk in massaproductie kan worden geproduceerd.

De supercapacitor wordt beschreven in een artikel dat onlangs verscheen in het tijdschrift ACS Applied Materials and Interfaces .

Bron: MIT

MIT-onderzoekers hebben ontdekt dat garen gemaakt van nanobuizen van niobium kan worden gebruikt om zeer efficiënte supercondensatoren te maken (Credit: MIT)

Seyed Mirvakili, hoofdauteur van de paper die de supercapaciteiten van niobium beschrijft, onderzoekt een onderdeel van het materiaal in het laboratorium (Credit: Craig Cheney / MIT)