柔性的集成电缆:同时的能源传输和存储

您在室内使用家用电器的时候,是否因突然断电而倍感烦恼,让您不得不中断娱乐或者烹调?在出差途中,您的笔记本电脑是否通常需要同时携带两种附件:锂离子电池和电源线,让您饱受重物压身之苦?

针对这些问题,北京航空航天大学郭林教授、王华副教授与新加坡南洋理工大学陈晓东教授课题组联合开发了一款新型的、柔性的集成电缆。这款集成电缆的核心组成部分是数个串联的柔性超级电容器,它是将基于核桃醌/聚吡咯(PPy)/碳纤维复合电极交替缠绕在传统的、可商业得到的扭曲电线上,在涂抹凝胶电解质和裹上外层介电层后,构成一种电线状、可穿戴的柔性电容器。在这种电容器中,以金属线为核,聚氯乙烯(PVC)介电层为壳的传统电线能起到加强线性电极机械强度的作用,同时能起到防止电极短路的隔膜作用。最后,只需通过将电容器的碳纤维与传统电线中的金属线在两端交互相连接,即成功构建了一款新型的集成电缆。当把这种集成电缆应用于连接用电器和电源时,它将自发地与用电器形成电阻-电容(RC)电路,起到同时电子传输与存储作用。如下图所示,当我们将电池移走后,LED灯泡将处于持续点亮的状态,表明这款电缆在实施电子传导的过程中,可存储部分电荷,作为移除电池后的供电源。

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当然,通过将更多个超级电容器单元合理地串并联,或者将更高比容量的柔性电池体系集成进入传统电线中,所构建的集成电缆的能量密度有望能进一步提高,并将接近实际应用。 因此,在未来,如果您将家里的传统电线都替换成这种新型的集成电缆,即使遇到突然断电,您的家用电器也将继续工作,不必担心您的娱乐或者烹调会因此中断;在工作出差时,您的笔记本电脑可以不用携带锂离子电池,只需要带这种集成电缆就能实现电子的传输和存储,这将较大地减轻随身携带物品的重量,让您倍感舒适。

该研究工作不仅为柔性的集成能源存储家族添加了一个新成员,又为解决室内突然断电、减轻可携带电子器件的重量提供了一种新途径,具有一定的理论与现实意义。

相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201600014)上。

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