Dr. Yoon Hana en el Laboratorio de Conversión de Energía y Materiales de Almacenamiento del Instituto de Investigación de Energía de Corea (KIER, Presidente Kim Jong-nam), Profesor Kim Young-Jin (Departamento de Ingeniería Mecánica, Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea ) y el profesor Kim Seungchul (Departamento de Óptica e Ingeniería Mecatrónica, Universidad Nacional de Pusan) desarrollaron conjuntamente micro-supercondensadores (MSC) re-conectables utilizando electrodos de grafeno inducidos por láser altamente inflamados.

Los resultados de su investigación se publican en Chemical Engineering Journal («Micropseudocondensadores conectables que utilizan electrodos de grafeno inducidos por láser altamente inflamados» .

A medida que aumenta la demanda de dispositivos portátiles más livianos y pequeños y dispositivos IoT de alta funcionalidad, existe una creciente necesidad de nuevas tecnologías para la recolección, almacenamiento y administración de energía. Los dispositivos portátiles y los productos IoT se aplican cada vez más a diversos sectores de la sociedad en estos días. Por lo tanto, los investigadores están llevando a cabo activamente actividades de I + D para desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía con funciones adicionales además del suministro de energía.

Las condiciones previas de los dispositivos portátiles de almacenamiento de energía son que deberían poder cambiar sus formas junto con las formas cambiantes del cuerpo humano y los movimientos, al tiempo que son flexibles, seguros de usar y proporcionan una excelente durabilidad.

Las baterías convencionales no eran flexibles ya que se desarrollaron para tener una estructura base cilíndrica, prismática o tipo bolsa y tenían densidades de energía limitadas. Por lo tanto, tenían algunas limitaciones para aplicarse a los productos de próxima generación, como dispositivos portátiles o microdispositivos que requieren alta flexibilidad, portabilidad y densidades de energía volumétricas o reales.

En el pasado, los esfuerzos de I + D para desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía para dispositivos portátiles se utilizaron principalmente en baterías de película delgada de Li. Las microbaterías de película delgada de Li, que son fuentes de alimentación para microelectrónica ampliamente disponibles en el mercado, sufren ciclos de vida cortos, fallas abruptas, cinética inestable a baja temperatura y plantean problemas de seguridad cuando se asocian con litio.

Recientemente, los MSC están ganando gran atención como dispositivos de almacenamiento de energía de próxima generación para reemplazar las baterías de película delgada de Li. En principio, los supercondensadores eran semipermanentes y tenían muchos beneficios, como altas densidades de potencia (10 veces más en comparación con las baterías de iones de litio), estabilidad, eficiencia y velocidades de carga / descarga rápidas.

Sin embargo, su alcance de uso estaba algo limitado a ciertas áreas debido a una baja densidad de energía por carga (que se estimó en 1/10 de las baterías de Li). En comparación con los supercondensadores, los MSC tienen una densidad de potencia significativamente más alta que las baterías de litio y las densidades de energía son similares o incluso más altas que sus rivales. Por lo tanto, se consideran una alternativa para los dispositivos de almacenamiento de energía ultradelgados de alto rendimiento.
El equipo de investigación desarrolló con éxito MSC flexibles de tipo adhesivo que tenían una estructura flexible y se pueden unir a cualquier lugar en objetos o superficies mediante el uso de láser de pulso ultracorto.

El láser de pulso ultracorto puede generar al instante una fuerte intensidad para producir electrodos de grafeno altamente inflamados . Al impregnar los compuestos de polímeros adhesivos en el interior de grafeno altamente inflamado, los investigadores pudieron desarrollar MSC tipo adhesivo con excelente rendimiento y durabilidad de los electrodos, manteniendo la adhesividad.

La dopamina, un imitador funcional de la proteína adhesiva del mejillón, se introdujo como material de recubrimiento para las MSC flexibles de tipo adhesivo para mejorar el rendimiento electroquímico. Los grupos catecol en la dopamina proporcionan restos redox-activos para electrodos pseudo-capacitivos. Al hacerlo, pudieron desarrollar dispositivos de almacenamiento de energía flexibles de tipo adhesivo que tenían altas densidades de energía volumétrica similares a las de las baterías de película delgada de litio con una excelente densidad de potencia volumétrica, 13 veces mayor que la de sus contrapartes.

La Dra. Hana Yoon de KIER, investigadora principal de este estudio, dijo: «Nuestros MSC flexibles tipo adhesivo se vuelven a conectar fácilmente a dispositivos portátiles de próxima generación y dispositivos IoT y son ecológicos. Se espera que resuelvan muchos obstáculos de tecnologías de almacenamiento de energía basadas en litio «.

Además, el profesor de KAIST, Young-jin Kim, co-investigador de este estudio, dijo: «La tecnología de diseño desarrollada a partir de este estudio generó un grafeno hinchado único con láser de pulso ultracorto en un período de tiempo relativamente corto, mientras minimiza la pérdida de materiales «Esta tecnología tiene el potencial de promover aplicaciones industriales de grafeno inducido por láser en varios sectores».

Fuente: Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología.