杜克大学和密歇根州立大学的研究人员设计出了一种新型的超级电容器，即使将其拉伸到其原始大小的八倍，也可以保持完全的功能。它不会因反复拉伸而出现任何磨损，并且在10,000次充放电循环后仅损失了几个百分点的能量性能。研究人员预想超级电容器将成为可穿戴电子设备或生物医学设备等独立于功率的可伸缩柔性电子系统的一部分。
这一研究结果发表在3月19日的《物质》杂志上。密歇根州立大学软机和电子学实验室主任说：“我们的目标是开发能够承受拉伸、扭曲或弯曲等机械变形而又不损失性能的创新设备。 但是，如果可伸缩电子设备的电源不可伸缩，那么整个设备系统将被限制为不可伸缩的。”
超级电容器（有时也称为超级电容器）像电池一样存储能量，但有一些重要的区别。与化学存储能量并通过化学反应产生电荷的电池不同，静电双层超级电容器（EDLSC）通过电荷分离存储能量，并且无法产生自己的电能。必须从外部来源收取费用。在充电过程中，电子积聚在设备的一部分上，并从另一部分移出，因此，当两侧连接时，电流会在它们之间快速流动。
与电池不同，超级电容器能够在短短但大量的脉冲中释放能量，而不是通过漫长而缓慢的trick流放电。它们还可以比电池快得多的充电和放电时间，并且比可充电电池承受更多的充放电循环。这使其非常适合短时间的高功率应用，例如关闭相机中的闪光灯或立体声中的放大器。但是大多数超级电容器的硬度和脆性与电路板上的任何其他组件一样。这就是为什么研究人员花费了数年的时间来开发可伸缩版本的原因。
在他们的新论文中，研究人员展示了他们工作的最高点，制造了一个可以承载两个以上伏特的邮票大小的超级电容器。当将四个连接在一起时，由于许多设备需要使用AA或AAA电池，因此超级电容器可以为两伏的Casio手表供电一个半小时。
为了制造可拉伸的超级电容器，研究团队首先在硅晶圆上生长了碳纳米管森林-数百万个直径15纳米，高20-30微米的纳米管。那大约是最小细菌的宽度和它感染的动物细胞的高度。然后，研究人员在碳纳米管森林的顶部覆盖了一层金纳米薄膜。金层充当一种集电器，使器件的电阻比以前的版本降低了一个数量级，这使器件的充电和放电速度更快。然后，玻璃将工程过程交给曹操，曹操将碳纳米管森林转移到预拉伸的弹性体基材上，底金面朝下。然后放松填充凝胶的电极，以释放预应变，使其收缩至原始尺寸的四分之一。此过程将金的薄层弄皱，并将碳纳米管森林中的“树”粉碎在一起。
格拉斯解释说：“皱折极大地增加了在少量空间中可用的表面积，这增加了它可以容纳的电荷量。如果我们拥有全世界所有的空间，平坦的表面将可以正常工作。但是，如果我们想要可以在实际设备中使用的超级电容器，则需要使其尽可能小。在超密林中填充凝胶电解质，该电解质可以将电子捕获在纳米管表面上。当这些最终电极中的两个最终电极紧密地夹在中间时，施加的电压一方面使电子负载电子，另一方面使另一电子流失，从而形成带电的超级可拉伸超级电容器。”
研究人员说：“建立完整的可伸缩电子系统，我们还有很多工作要做。本文中演示的超级电容器还没有达到我们想要的程度。但是，凭借强大的可拉伸超级电容器的基础，我们将能够将其集成到由可拉伸电线，传感器和检测器组成的系统中，创建完全可拉伸的设备。”
研究人员解释说，可伸展的超级电容器可以自己为某些未来设备供电，也可以将它们与其他组件组合起来以克服工程挑战。例如，超级电容器可以在几秒钟内充电，然后缓慢地为用作设备主要能源的电池充电。这种方法已用于混合动力汽车的再生破坏，在混合动力汽车中，产生的能量快于其存储的能量。超级电容器可提高整个系统的效率。或者，正如日本已经证明的那样，超级电容器可以为公交车提供城市通勤的动力，并在短短的时间内为乘客上下车，在每个站点完成一次完全充电。
格拉斯说：“许多人希望将超级电容器和电池结合在一起。超级电容器可以快速充电，并且可以承受数千甚至数百万个充电周期，而电池可以存储更多的电荷，因此可以持续很长时间。将它们放在一起可以为您提供两全其美的优势。它们可以在同一电气装置中发挥两种不同的功能系统。”
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