Взяв обычную бумагу и нанеся на неё слои золотых наночастиц и других материалов, исследователи из Технологического института Джорджии в Атланте и Корейского университета в Сеуле получили гибкий суперконденсатор, превосходящий по своим характеристикам и прежде всего по энергоёмкости лучшие подобные устройства на тканевой основе, известные на сегодняшний день.

Новые бумажные суперконденсаторы в будущем могут найти применение в гибких носимых электронных устройствах для биомедицинских, потребительских и военных приложений. Статья, рассказывающая о них, вышла в недавнем номере журнала Nature Communications.

До сих пор попытки повысить ёмкость бумажных суперконденсаторов путём добавления слоёв различных проводящих материалов в большинстве случаев вели к ухудшению удельной мощности таких устройств.

Решение, предложенное авторами статьи, заключается в последовательном нанесении одиночных слоёв наночастиц на бумагу, позволяющем точно контролировать соотношение проводящих и активных материалов, от которого зависят многие электрохимические характеристики суперконденсатора.

Избирательно чередуя псевдоёмкостные и металлические слои учёные смогли получить высокую плотность наночастиц — параметр, прямо пропорциональный величине удельной энергоёмкости бумажного суперконденсатора. Ещё одно преимущество послойного метода заключается в том, что он позволяет бумаге сохранять её пористую структуру. Это улучшает производительность работы суперконденсатора благодаря уменьшению расстояния транспорта зарядов.

В испытаниях образцы нового суперконденсатора показали высокую стойкость к деформации: после 5 тыс. циклов изгиба они сохраняли 90% исходной ёмкости.

Максимальные измеренные мощность и энергоёмкость на квадратный сантиметр площади составляли 15,1 мВт и 267,3 мкВтч, соответственно. Этот результат, по словам участников исследования, можно улучшить дальнейшим наращиванием количества слоёв.