Суперконденсаторы из графена делают в пишущем DVD-приводе

Устройства для хранения электроэнергии — батареи и конденсаторы — сложнее всего поддаются общей для электроники тенденции миниатюризации. Для преодоления этого затруднения в институте НаноСистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) разработана революционная технология экономичного изготовления микроскопических графеновых суперконденсаторов.

Традиционные методы производства таких устройств, способных заряжаться и разряжаться в тысячи раз быстрее обычных батарей, требуют привлечения трудоемких литографических технологий, что увеличивает себестоимость суперконденсаторов и ограничивает возможности их коммерческого применения.

Профессор химии Ричард Канер (Richard Kaner) нашел способ адаптировать для этого обычный пишущий DVD-привод с поддержкой технологии LightScribe. Используя его, оказалось возможным менее, чем за полчаса получить более 100 графеновых суперконденсаторов на одном диске.

Для достижения максимальной эффективности суперконденсатора площадь поверхности между двумя электродами должна быть как можно большей. Исследователи UCLA в своем решении отказались от наложения нескольких слоев графеновых электродов — такая конструкция, несмотря на ее функциональность, плохо совмещалась с интегральными схемами. Поэтому, изготовляемые пишущим DVD суперконденсаторы состоят из чередующихся на одной плоскости электродов. Их рисунок выбран так, чтобы задействовать максимальную площадь поверхности и уменьшить путь, проходимый ионами в электролите до электродов.

Технология LightScribe, применяемая для нанесения надписей и графики на диски, позволяет с высокой точностью формировать в слое оксида графита на пластиковой основе (она просто приклеивалась к стандартному диску DVD) две переплетающиеся, но не пересекающиеся, электродные структуры из двумерного углерода (графена). В данном случае лазер системы LightScribe, вместо штатного изменения цвета реактивного красителя, инициирует преобразование оксида графита в графен.

В итоге, как сообщается в статье, вышедшей в Nature Communications, новые суперконденсаторы превзошли по емкости и скорости разрядки их аналоги, получаемые наложением слоев. Выяснилось также, что размещение большего числа электродов на единице площади интересным образом увеличивает способность суперконденсатора накапливать заряд.

Получаемые таким образом устройства без ущерба выдерживают значительные деформации и демонстрируют отличную стабильность на протяжении множества циклов перезарядки. Благодаря этому они могут применяться в новых типах электронной продукции, таких как гибкие дисплеи и электронная бумага, в носимой электронике, наноситься на тыльную сторону солнечных батарей для аккумуляции энергии и т.п.

В настоящее время UCLA занимается поиском промышленных партнеров для организации массового выпуска микро-суперконденсаторов.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI