Dispositifs portables auto-alimentés à micro-supercondensateurs extensibles

Les versions actuelles des batteries et des supercondensateurs alimentant les dispositifs portables et extensibles de surveillance de la santé et de diagnostic présentent de nombreuses lacunes, notamment une faible densité d'énergie et une extensibilité limitée.

Alternative aux batteries, les micro-supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie qui peuvent compléter ou remplacer les batteries lithium-ion dans les appareils portables. Les micro-supercondensateurs ont un faible encombrement, une densité de puissance élevée et la capacité de charger et de décharger rapidement; Cependant, lorsqu'ils sont fabriqués pour des appareils portables, les micro-supercondensateurs conventionnels ont une géométrie empilée "en sandwich" qui présente une faible flexibilité, de longues distances de diffusion des ions et un processus d'intégration complexe lorsqu'ils sont combinés avec des appareils électroniques portables.

Les chercheurs ont développé des architectures d'appareils et des processus d'intégration alternatifs pour faire progresser l'utilisation des micro-supercondensateurs dans les appareils portables. Ils ont découvert que l'agencement des cellules de micro-supercondensateurs dans une configuration en pont en îlot en serpentin permet à la configuration de s'étirer et de se plier au niveau des ponts, tout en réduisant la déformation des micro-supercondensateurs - les îles. Lorsqu'elle est combinée, la structure devient ce que les chercheurs appellent des réseaux de micro-supercondensateurs. En utilisant une conception en pont d'îlot lors de la connexion des cellules, les réseaux de micro-supercondensateurs ont affiché une extensibilité accrue et ont permis des sorties de tension réglables, permettant au système d'être étiré de manière réversible jusqu'à 100 %.

En utilisant des nanofeuilles de zinc-phosphore non stratifiées et ultrafines et de la mousse de graphène induite par laser 3D - un nanomatériau hautement poreux et auto-chauffant - pour construire la conception en pont d'îlot des cellules, l'équipe a constaté des améliorations drastiques de la conductivité électrique et le nombre d'ions chargés absorbés. Cela a prouvé que ces réseaux de micro-supercondensateurs peuvent se charger et se décharger efficacement et stocker l'énergie nécessaire pour alimenter un appareil portable.

Les chercheurs ont également intégré le système à un nanogénérateur triboélectrique, une technologie émergente qui convertit le mouvement mécanique en énergie électrique. Cette combinaison a créé un système auto-alimenté. Avec le module de charge sans fil basé sur le nanogénérateur triboélectrique, l'énergie peut être récoltée en fonction du mouvement, comme plier un coude, respirer et parler.

En combinant ce système intégré avec un capteur de contrainte à base de graphène, les réseaux de micro-supercondensateurs à stockage d'énergie - chargés par les nano-générateurs triboélectriques - sont capables d'alimenter le capteur.