News and events

ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่ยืดหยุ่นได้เพื่อเสริมกำลังให้กับอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ในวันพรุ่งนี้

2020-03-25

แหล่งที่มาของเรื่องราว: sciencedaily

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Duke และมหาวิทยาลัยของรัฐมิชิแกนได้ออกแบบ supercapacitor ชนิดใหม่ที่ยังคงใช้งานได้อย่างสมบูรณ์แม้ว่าจะยืดออกไปถึงแปดเท่าของขนาดดั้งเดิม มันไม่ได้แสดงถึงการสึกหรอจากการถูกยืดซ้ำ ๆ และสูญเสียประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์หลังจากการชาร์จและการปล่อย 10,000 รอบ

นักวิจัยมองเห็นซูเปอร์คาปาซิเตอร์เป็นส่วนหนึ่งของระบบอิเล็กทรอนิกส์อิสระที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้สำหรับการใช้งานเช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้หรืออุปกรณ์ชีวการแพทย์

ผลลัพธ์จะปรากฏออนไลน์มีนาคม 19 ใน เรื่อง วารสารจากเซลล์กด ทีมวิจัยประกอบด้วยผู้เขียนระดับสูงเฉาเฉาผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านบรรจุภัณฑ์วิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยรัฐมิชิแกน (msu) และผู้เขียนอาวุโสเจฟแก้วแก้วศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่ดยุค ผู้เขียนร่วมของพวกเขาคือนักศึกษาปริญญาเอก yihao zhou และ qiwei han และนักวิทยาศาสตร์การวิจัย charles parker จาก Duke รวมถึงนักศึกษาปริญญาเอก yunteng cao จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแมสซาชูเซตส์

"เป้าหมายของเราคือการพัฒนาอุปกรณ์ที่เป็นนวัตกรรมที่สามารถอยู่รอดจากการเปลี่ยนรูปแบบทางกลไกเช่นการยืดการบิดหรือการดัดโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ" นายเฉาผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการสำหรับเครื่องจักรนุ่มและอิเล็กทรอนิกส์กล่าวว่า "แต่ถ้าแหล่งพลังงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดได้นั้นไม่สามารถยืดหยุ่นได้ระบบอุปกรณ์ทั้งหมดจะถูก จำกัด ให้ไม่สามารถยืดหยุ่นได้"

supercapacitor (บางครั้งเรียกว่า ultracapacitor) เก็บพลังงานเหมือนแบตเตอรี่ แต่มีความแตกต่างที่สำคัญ ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ที่เก็บพลังงานเคมีและสร้างประจุผ่านปฏิกิริยาทางเคมี supercapacitor สองชั้นแบบไฟฟ้าสถิต (edlsc) เก็บพลังงานผ่านการแยกประจุและไม่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าของตัวเองได้ จะต้องถูกเรียกเก็บเงินจากแหล่งภายนอก ในระหว่างการชาร์จอิเล็กตรอนจะถูกสร้างขึ้นบนส่วนหนึ่งของอุปกรณ์และลบออกจากอีกส่วนหนึ่งดังนั้นเมื่อทั้งสองด้านเชื่อมต่อกันกระแสไฟฟ้าจะไหลระหว่างพวกเขาอย่างรวดเร็ว

เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ supercapacitors สามารถปล่อยพลังงานของพวกเขาในระยะสั้น ๆ แต่ระเบิดขนาดใหญ่มากกว่าผ่านหยดยาวที่ช้า พวกเขายังสามารถชาร์จและคายประจุได้เร็วกว่าแบตเตอรีและทนต่อการคายประจุมากขึ้นกว่าแบตเตอรีแบบชาร์จได้ สิ่งนี้ทำให้พวกมันสมบูรณ์แบบสำหรับแอพพลิเคชั่นระยะสั้นและกำลังแรงสูงเช่นการปิดแฟลชในกล้องหรือแอมพลิฟายเออร์ในระบบสเตอริโอ

แต่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ส่วนใหญ่นั้นแข็งและเปราะเหมือนกับส่วนประกอบอื่น ๆ บนแผงวงจร นั่นเป็นเหตุผลที่เฉาและแก้วใช้เวลาหลายปีในการทำงานในเวอร์ชันที่ยืดหยุ่นได้

ในรายงานฉบับใหม่ของพวกเขานักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงจุดสูงสุดของการทำงานของพวกเขาจนถึงจุดนี้โดยประดิษฐ์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ขนาดเท่าแสตมป์ที่สามารถพกพาโวลต์ได้มากกว่าสองโวลต์ เมื่อทำการเชื่อมต่อสี่อุปกรณ์เข้าด้วยกันเนื่องจากอุปกรณ์จำนวนมากต้องการแบตเตอรี่ขนาด AA หรือ aaa ตัวซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถจ่ายพลังงานนาฬิกาคาสิโอสองโวลต์ได้หนึ่งชั่วโมงครึ่ง

เพื่อสร้างซูเปอร์คาปาซิเตอร์แบบยืดหยุ่นแก้วและทีมวิจัยของเขาปลูกป่านาโนทิวบ์คาร์บอนขึ้นเป็นครั้งแรกแพทช์หลายล้านนาโนเมตรมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 15 นาโนเมตรและสูง 20-30 ไมโครเมตรบนซิลิคอนเวเฟอร์ มันเกี่ยวกับความกว้างของแบคทีเรียที่เล็กที่สุดและความสูงของเซลล์สัตว์ที่มันติดเชื้อ

จากนั้นนักวิจัยก็ทำการเคลือบชั้นบาง ๆ ของทองคำนาโนฟิลม์บนป่าคาร์บอนนาโนทิวบ์ เลเยอร์ทองคำทำหน้าที่เป็นตัวสะสมไฟฟ้าทำให้ความต้านทานของอุปกรณ์ลดลงตามขนาดที่ต่ำกว่ารุ่นก่อนหน้าซึ่งทำให้อุปกรณ์สามารถชาร์จและคายประจุได้เร็วกว่ามาก

จากนั้นแก้วก็ส่งมอบกระบวนการทางวิศวกรรมให้แก่ cao ซึ่งโอนป่าคาร์บอนนาโนทิวบ์ไปยังพื้นผิวอิลาสโตเมอร์ก่อนยืดด้วยฐานทองคำ จากนั้นอิเล็กโทรดที่เติมเจลจะถูกปล่อยให้ผ่อนคลายก่อนปล่อยความเครียดทำให้มันหดตัวลงถึงหนึ่งในสี่ของขนาดเดิม กระบวนการนี้ยู่ชั้นบาง ๆ ของทองคำและแตก "ต้นไม้" ในป่าคาร์บอนนาโนทิวบ์

"การบีบอัดจะเพิ่มปริมาณพื้นที่ผิวในพื้นที่จำนวนเล็กน้อยอย่างมากซึ่งจะเป็นการเพิ่มปริมาณประจุที่สามารถเก็บได้" แก้วอธิบาย "ถ้าเรามีห้องทั้งหมดในโลกที่จะทำงานด้วยพื้นผิวที่เรียบจะทำงานได้ดี แต่ถ้าเราต้องการซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่สามารถใช้ได้ในอุปกรณ์จริงเราต้องทำให้มันเล็กที่สุด"

ป่าหนาแน่นสูงนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กโทรไลต์เจลที่สามารถดักจับอิเล็กตรอนบนพื้นผิวของท่อนาโน เมื่อสองขั้วสุดท้ายเหล่านี้ถูกประกบกันเข้าด้วยกันแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะโหลดด้านหนึ่งด้วยอิเล็กตรอนในขณะที่อีกขั้วหนึ่งถูกระบายออกทำให้เกิด supercapacitor ที่มีความยืดหยุ่นสูง

“ เรายังมีงานที่ต้องทำเพื่อสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์” cao กล่าว "ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่แสดงในบทความนี้ยังไม่ไปไกลเท่าที่เราต้องการ แต่ด้วยรากฐานของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่ยืดหยุ่นได้นี้เราจะสามารถรวมเข้ากับระบบที่ประกอบด้วยสายเซ็นเซอร์และตัวตรวจจับที่ยืดหยุ่นได้ สร้างอุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นได้ทั้งหมด "

นักวิจัยอธิบายว่าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่ยืดหยุ่นได้สามารถให้พลังงานแก่อุปกรณ์แห่งอนาคตได้ด้วยตัวเองหรืออาจรวมเข้ากับส่วนประกอบอื่น ๆ เพื่อเอาชนะความท้าทายด้านวิศวกรรม ตัวอย่างเช่นซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถชาร์จในเวลาไม่กี่วินาทีจากนั้นค่อยชาร์จแบตเตอรี่ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักของอุปกรณ์ วิธีการนี้ถูกนำมาใช้สำหรับการแบ่งการปฏิรูปในรถยนต์ไฮบริดที่พลังงานถูกสร้างขึ้นเร็วกว่าที่สามารถเก็บไว้ได้ supercapacitors เพิ่มประสิทธิภาพของระบบทั้งหมด หรือตามที่ญี่ปุ่นได้แสดงให้เห็นแล้วซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถขับเคลื่อนรถบัสสำหรับการเดินทางในเมืองทำการเติมพลังให้เต็มในแต่ละครั้งในเวลาสั้น ๆ เพื่อขนถ่ายผู้โดยสาร

“ ผู้คนจำนวนมากต้องการจับคู่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์กับแบตเตอรี่ด้วยกัน” แก้วกล่าว "supercapacitor สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็วและอยู่รอดได้หลายพันหรือหลายล้านรอบการชาร์จในขณะที่แบตเตอรี่สามารถเก็บประจุได้มากขึ้นเพื่อให้สามารถใช้งานได้นานขึ้นการรวมเข้าด้วยกันทำให้คุณได้ทั้งสองโลกที่ดีที่สุด ระบบ."

ฝากข้อความ ยินดีต้อนรับสู่ GTCAP
ถ้าคุณสนใจของเราผลิตภัณฑ์และอยากจะรู้มากกรายละเอียด,กรุณาฝากข้อความที่นี่เราจะตอบกลับคุณอย่างเร็วที่สุดเท่าที่เราจะทำได้

บ้าน

ผลิตภัณฑ์

เกี่ยวกับ

ติดต่อ