© University of Glasgow/ Professor Ravinder Dahiya und die "solare" Prothese
© University of Glasgow/ Professor Ravinder Dahiya und die "solare" Prothese

Flexible solarbetriebene Superbatterien könnten neue tragbare Elektronik unterstützen

Ein Durchbruch in der Energiespeichertechnologie könnte eine neue Generation flexibler elektronischer Geräte zum Leben erwecken, einschließlich solarbetriebener Prothesen

Glasgow- In einem neuen Artikel, der in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht wurde, erörtert ein Team von Ingenieuren der University of Glasgow, wie sie Graphen- und Polyurethanschichten verwendet haben, um einen flexiblen "Superkondensator" zu schaffen, der Sonnenenergie erzeugen und gleichzeitig überschüssige Energie für die spätere Verwendung speichern kann.
 
Sie demonstrieren die Wirksamkeit ihres neuen Materials, indem sie eine Reihe von Geräten mit Strom versorgten, darunter eine Reihe von 84 stromfressenden LEDs und Motoren mit hohem Drehmoment in einer Handprothese, mit der eine Reihe von Objekten erfasst werden können.
 
Die Forschung zur energieautarken "Haut" und Wearables, spezieller Kleidung aus dem Material, ist die neueste Entwicklung der Forschungsgruppe Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) der Universität Glasgow, die von Professor Ravinder Dahiya geleitet wird.
 
Die oberste berührungsempfindliche Schicht, die von den Forschern der BEST-Gruppe entwickelt wurde, besteht aus Graphen, einer hochflexiblen, transparenten Supermaterial-Form von Kohlenstoffschichten, die nur ein Atom dick ist.
 
Sonnenlicht, das durch die oberste Schicht aus Graphen fällt, wird zur Erzeugung von Energie über eine darunter liegende Schicht aus flexiblen Photovoltaikzellen verwendet. Jegliche überschüssige Energie wird in einem neu entwickelten Superkondensator, einer Art Batterie, gespeichert, der aus einem Graphit-Polyurethan-Verbundwerkstoff besteht.
 
Das Team arbeitete an der Entwicklung eines Verhältnisses von Graphit zu Polyurethan, das eine relativ große, elektroaktive Oberfläche bereitstellt, an der chemische Reaktionen zur Stromerzeugung stattfinden können, wodurch ein energiedichter flexibler Superkondensator entsteht, der sehr schnell geladen und entladen werden kann.
 
Ähnliche zuvor entwickelte Superbatterien haben Spannungen von einem Volt oder weniger geliefert, wodurch einzelne dieser speziellen Kondensatoren für die Stromversorgung vieler elektronischer Geräte weitgehend ungeeignet sind. Der neue Superkondensator des Teams kann 2,5 Volt liefern und eignet sich daher für viele gängige Anwendungen.
 
In Labortests wurde der Superkondensator 15.000 Mal mit Strom versorgt, entladen und erneut mit Strom versorgt, ohne dass die Fähigkeit, die von ihm erzeugte Energie zu speichern, beeinträchtigt wird.
 
Professor Ravinder Dahiya, Professor für Elektronik und Nanoengineering an der School of Engineering der University of Glasgow, der die Untersuchungen leitete, sagt: „Dies ist die neueste Entwicklung einer Reihe von Erfolgen, die wir bei der Entwicklung flexibler, auf Graphen basierender Geräte erzielt haben, die sich selbst aus dem Sonnenlicht laden können. Unsere bisherige Generation von flexiblem E-Skin, einer Art elektrischer Haut, benötigte für den Betrieb rund 20 Nanowatt pro Quadratzentimeter. Dies ist so gering, dass wir selbst mit den Photovoltaikzellen mit der niedrigsten Qualität, die es derzeit auf dem Markt gibt, überschüssige Energie erhalten.
 
„Wir wollten wissen, was wir tun können, um diese zusätzliche Energie einzufangen und zu einem späteren Zeitpunkt für den Betrieb zu speichern. Wir waren jedoch nicht mit den derzeitigen Arten von Energiespeichervarianten, wie Batterien, zufrieden, die diese Aufgabe erfüllen, da diese häufig schwer, nicht flexibel sind, und anfällig für heißes und langsames Aufladen."
 
„Unser neuer flexibler Superkondensator, der aus kostengünstigen Materialien hergestellt wird, bringt uns zu unserem ultimativen Ziel, völlig autarke, flexible, solarbetriebene Geräte zu schaffen, die den erzeugten Strom speichern können.
 
"Es gibt ein enormes Potenzial für Geräte wie Prothesen, tragbare Gesundheitsmonitore und Elektrofahrzeuge, die diese Technologie enthalten könnten. Wir sind bestrebt, die Durchbrüche, die wir auf diesem Gebiet bereits erzielt haben, weiter zu verfeinern und zu verbessern."
 
Die Arbeit des Teams ist unter dem Titel „Flexible Superkondensatoren mit hoher Energiedichte auf Graphen-Graphit-Polyurethan-Verbundwerkstoffen“ in Advanced Science veröffentlicht. Die Forschung wurde vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) finanziert.


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