Le supercondensateur flexible ainsi que les électrodes en carbure de titane ancien et ridé ont conservé sa capacité à stocker et à libérer des charges numériques après des étirements répétés. Crédit : Société chimique des États-Unis
Certains appareils électroniques grand public peuvent se plier, se déformer et s’étirer dans les écrans portables, les applications biomédicales et les robots doux. Alors que les circuits de ces types de dispositifs sont devenus de plus en plus flexibles, les batteries et les supercondensateurs particuliers qui alimentent les options restent rigides. À ce stade, les chercheurs de l’ACS Lettres nano rapportent un supercondensateur polyvalent avec des électrodes en carbure de titane froissé – une sorte de nanomatériau MXene – qui conserve la capacité de stocker et de libérer des coûts électroniques après une extension répétitive.
L’un des principaux défis que l’électronique grand public extensible doit surmonter est la nature rigide et inflexible de ses composants de stockage d’énergie, de ses batteries électriques et de ses supercondensateurs. Les supercondensateurs qui utilisent des électrodes fabriquées à partir de carbures, de carbonitrures ou de nitrures de métaux de transition, appelés MXenes, possèdent des qualités électriques souhaitables pour les appareils portables polyvalents, tels que la charge rapide et l’empêchement de l’alimentation. Et la façon dont 2D MXenes peut construire des nanofeuilles multicouches fournit une grande surface pour obtenir un stockage d’énergie chaque fois qu’elles sont utilisées dans des électrodes. Cependant, les scientifiques précédents ont dû incorporer des polymères et d’autres nanomatériaux pour aider à maintenir ces types d’électrodes à travers la rupture lorsqu’ils sont courbés, ce qui diminue leur capacité particulière de stockage électrique. Ainsi, Desheng Kong et ses collègues ont souhaité voir si la déformation du film de carbure de titane immaculé MXene directement en crêtes en accordéon maintiendrait certainement les propriétés électriques de l’électrode tout en incluant la flexibilité et l’extensibilité d’un supercondensateur.
Les chercheurs ont réduit la poudre de carbure de titane et d’aluminium en flocons avec de l’acide fluorhydrique acide et pris les couches associées aux nanofeuilles de carbure de titane pur comme un film approximativement texturé sur le filtre. Ensuite, ils ont positionné le film sur le morceau d’élastomère gras pré-étiré qui avait 800% de sa dimension détendue. Lorsque les chercheurs ont lancé le polymère, celui-ci s’est rétréci à son état d’origine et les nanofeuilles collées se sont froissées en des rides en accordéon.
Au cours des premières expériences, l’équipe a découvert que la meilleure électrode était fabriquée à partir d’un film de 3 µm d’épaisseur qui pouvait être étiré encore et encore sans être endommagé sans modifier sa capacité à stocker un coût électrique. L’équipe a utilisé ce matériau afin de fabriquer un supercondensateur en prenant en sandwich l’électrolyte de solution d’acide polyvinyl(alcool)-sulfurique entre quelques électrodes extensibles en carbure de titane. L’unité avait une capacité énergétique élevée comparable aux supercondensateurs à base de MXene développés par d’autres scientifiques, mais elle avait également une extensibilité intense jusqu’à 800% sans que les nanofeuilles se cassent. Il a conservé environ 90 % de sa capacité de stockage d’énergie juste après avoir été étiré mille fois, ou même après avoir été courbé ou tordu. Les chercheurs affirment que l’excellent stockage d’énergie et la stabilité électrique de leur supercondensateur sont intéressants pour les dispositifs de stockage d’énergie extensibles et les systèmes électroniques portables.
Référence : “Crumpled MXene Electrodes for Ultrastretchable and High-Area-Capacitance Supercapacitors” par Shuxuan Feng, Xin Wang, Menglu Wang, Chong Bai, Shitai Cao plus Desheng Kong, 7 septembre 2021, Nano mots .
DOI : 10. 1021/acs. nanolett. 1c02071
Les auteurs reconnaissent le financement par le biais du Plan clé de recherche et de développement de la Section provinciale des sciences et de la technologie du Jiangsu, de la Fondation scientifique postdoctorale Cina et du Plan d’entrepreneuriat de haut niveau et des talents innovants de l’État du Jiangsu.
