В настоящее время портативная микроэлектроника достигла в своем развитии критического момента, когда дальнейшее увеличение функциональности ограничено возможностями существующих источников энергии. Обычные батареи не способны обеспечить необходимую мощность, не становясь при этом слишком тяжелыми или громоздкими. Кроме того, в последнее время разработчики все чаще направляют свою фантазию на гибкие или прозрачные устройства, что также является вызовом в адрес научного сообщества.
Cуществующие на сегодняшний день эластичные батареи и конденсаторы часто являются, по сути, вариантами обычных источников тока в более "тонком" исполнении. Решить проблему создания принципиально новых источников тока можно с использованием перспективных подходов печатной микроэлектроники. С её помощью возможно создание печатных транзисторов, OLED, солнечных батарей а также гибких печатных батарей и суперконденсаторов.
Группа ученых из UCLA и Стэнфордского университета предложила метод создания печатных суперконденсаторов на основе одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT). По сравнению с остальными углеродсодержащими электродными материалами покрытия из SWCNT демонстрируют хорошую проводимость (что в некоторых случаях исключает необходимость использования металлического коллектора), а также высокую электрохимическую и механическую стабильность, что дает им заметное преимущество по сравнению с другими неуглеродными материалами.
Описываемый в статье прибор состоит из двух тонких пленок SWCNT, которые служат одновременно электродами и коллекторами тока, разделенных полимером или жидким электролитом. Получить полностью печатные структуры удалось только для системы с гелем, так как использование жидких электролитов требует очень тщательного контроля утечек.
Для нанесения слоя нанотрубок навеска SWCNT была суспендирована в воде (1-2 мг\мл) с помощью ультразвука, после чего полученный раствор был распылен на подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Полученные пленки демонстрировали сопротивление порядка 40-50 Ом и оптическое пропускание ~12% при толщине 0,6 мкм. В качестве электролита были протестированы твердый гель PVA/H3PO4, водный раствор H2SO4 - NaCl и 1М раствор LiPF6 в смеси этиленкарбоната и диэтилкарбоната (EC:DEC). Созданные таким образом устройства демонстрируют плотность энергии до 6 Вт*ч/кг и удельную мощность 23 и 70 кВт/кг для водных гелевых и органических электролитов, соответственно.
На графике 4 представлены данные о достигнутых значениях плотности энергии и мощности в сравнении с литературными данными. Из них следует, что заявленная авторами цель – создание нового класса печатных, гибких и прозрачных источников тока, - вполне возможно, достижима.
