The perfect angle for e-skin energy storage(전자 피부 에너지 저장을 위한 완벽한 각도)

The perfect angle for e-skin energy storage(전자 피부 에너지 저장을 위한 완벽한 각도)

The trick to extremely thin supercapacitors (슈퍼 컨덴서)with improved performance(향상된 성능 is spraying graphene(탄소 원자들로 이루어진 얇은 막) ink at an angle.(비스듬히)

성능이 향상된 초박형 슈퍼 커패시터의 비결은 그래 핀 잉크를 비스듬히 분사하는 것입니다.

 

 

This story is featured(게제되다) in the Asia Research News 2021 magazine. Read in ISSUU (above) or full text and images below.

이 이야기는 아시아 리서치 뉴스 2021 잡지에 실렸다.ISSUU(위) 또는 아래의 전체 텍스트 및 이미지에서 읽으십시오

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Researchers at the Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST) and their colleagues in Korea have found an inexpensive way to fabricate tiny energy storage devices that effectively power(동력을 전달하다) flexible skin sensors and other wearable electronic devices. The key to success is spraying a precise amount of graphene(탄소 원자들로 이루어진 얇은 막 막) ink onto desired substrates(결합조직의 기본물질) at a specific angle and temperature. Their findings, published in the journal Nano Energy, help pave the way towards remote medical monitoring and diagnosis.

대구 경북 과학 기술원 (DGIST)의 연구원과 한국의 동료들은 유연한 피부 센서 및 기타 웨어러블 전자 장치에 효과적으로 전원을 공급하는 작은 에너지 저장 장치를 제조하는 저렴한 방법을 발견했습니다. 성공의 열쇠는 특정 각도와 온도에서 원하는 기판에 정확한 양의 그래 핀 잉크를 분사하는 것입니다. Nano Energy 저널에 게재 된 그들의 연구 결과는 원격 의료 모니터링 및 진단을 향한 길을 닦는 데 도움이됩니다.

“Many scientists are focusing their research efforts on developing wearable electronic skin devices for remote diagnosis, which require extremely tiny and flexible energy power sources,” says Sungwon Lee, a materials scientist at DGIST.

이성원 DGIST 소재과학자는 "많은 과학자들은 매우 작고 유연한 에너지원을 필요로 하는 원격 진단용 웨어러블 전자피부기 개발에 주력하고 있다"고 말했다.

Lee worked with DGIST materials scientist Koteeswara Reddy Nandanapalli, and collaborators at Dongguk University and the Korea Institute of Geoscience(지구과학) and Mineral Resources to improve those power sources, called micro-supercapacitors.

The micro-supercapacitor features(기능을 하다) interlocking(연동시키다) graphene electrodes(전극).

When micro-supercapacitors are charged, positive and negative electrical charges(충전 장전) accumulate on their electrodes and are stored as energy. They have short charging and discharging times compared to batteries, but can’t store as much energy.

이씨는 마이크로 슈퍼커패시터라고 불리는 전력원을 개선하기 위하여 DGIST 자료 과학자 코테스와라 레디 난다나팔리와 동국대, 한국지구과학과 광물질자원연구원에서 일하는 협력자들과 함께 연구하였다  .마이크로 슈퍼커패시터는 그래핀 전극을 연동시키는 기능을 한다.마이크로 슈퍼커패시터가 충전되면 양극과 음극이 전극에 축적돼 저장된다. 에너지배터리에 비해 충전과 방전 시간이 짧게 되지만 에너지를 많이 저장할 수는 없다.

Graphene electrodes show promise (가능성)for improving energy storage, as they are highly porous(구멍) so provide a large surface area for the electrostatic reactions to occur. Micro-supercapacitors could also be improved by fabricating electrodes with interlocking teeth, like those of two combs, increasing the amount of energy that can be stored. But this process is expensive and doesn’t work on flexible, temperature-sensitive substrates.

그래핀 전극은 다공성이 높기 때문에 정전기 반응이 일어나기 위한 넓은 표면적을 제공하기 때문에 에너지 저장을 개선할 수 있는 가능성을 보여준다. 마이크로 슈퍼커패시터는 또한 두 개의 빗과 같은 연동 치아로 전극을 제조하여 저장할 수 있는 에너지의 양을 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 하지만 이 공정은 비용이 많이 들고 유연하고 온도에 민감한 기판에는 적용되지 않는다

 

Lee, Nandanapalli, and their collaborators successfully combined the two approaches by fabricating a paper-thin micro-supercapacitor(미세 초성능축전지) with interlocking graphene electrodes and excellent performance. The trick was to spray ten millilitres of graphene ink at a 45° angle and 80°C temperature onto a thin, flexible substrate. This led to the formation of porous(구멍), multi-layered electrodes. It solved the issue faced by previous researchers who had found vertical spraying of graphene onto a flexible substrate led to electrodes that aren’t very porous and have compact layers, giving them poor performance.

Lee, Nandanapalli 및 그들의 협력자들은 서로 맞 물리는 그래 핀 전극과 우수한 성능을 가진 종이처럼 얇은 마이크로 수퍼 커패시터를 제작함으로써 두 가지 접근법을 성공적으로 결합했습니다. 비결은 얇고 유연한 기판에 45 ° 각도와 80 ° C 온도에서 10ml의 그래핀 잉크를 분사하는 것이었습니다. 이로 인해 다공성 다층 전극이 형성되었습니다. 유연한 기판에 그래핀을 수직으로 분사하면 전극이 다공성이 아니고 성능이 떨어지는    컴팩트한 층있는 것을  발견한 이전 연구자들이 직면한 문제를 해결했습니다.

 

The team’s micro-supercapacitor is 23 micrometres thin, ten times thinner than paper, and retains its mechanical stability after 10,000 bends. It can store around 8.4 microfarads of charge per square centimetre, which is twice as much as other similar devices reported to date, and has a power density of about 1.13 kilowatts per kilogram, which is four times higher than lithium-ion batteries.

 

이 팀의 마이크로 슈퍼 커패시터는 23 마이크로 미터 두께로 종이보다 10 배 더 얇으며 10,000 번 구부린 후에도 기계적 안정성을 유지합니다. 제곱 센티미터 당 약 8.4 마이크로 패럿의 전하를 저장할 수 있는데, 이는 현재까지보고 된 다른 유사한 장치의 두 배이며, 전력 밀도는 킬로그램 당 약 1.13 킬로와트로 리튬 이온 배터리보다 4 배 더 높습니다.

“Our work shows that it’s possible to reduce the thickness of micro-supercapacitors without degrading their performance,” says Lee.

“우리의 연구는 성능 저하없이 마이크로 슈퍼 커패시터의 두께를 줄일 수 있음을 보여줍니다.”라고 Lee는 말합니다.

The team next aims to improve their storage capacity and energy consumption to make it feasible for use in real-world electronic skin devices.

팀 다음은 실제 전자 스킨 장치 사용을 가능하게 하기 위하여 저장 용량과 에너지 소비를 개선하는 것을 목표로 합니다.

 

The trick to extremely thin supercapacitors with improved performance is spraying graphene ink at an angle.

성능이 향상된 초박형 슈퍼 커패시터의 비결은 그래 핀 잉크를 비스듬히 분사하는 것입니다.