可编织纤维超级电容器研究获进展

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目前,可穿戴电子器件已经迅速地由幻想变成了现实,并将引领一个崭新的电子时代。与此相适应的,柔性可穿戴能量转化与存储器件成为制约这一代电子产品继续发展的一个重要问题。相较于锂电池,柔性超级电容器可以自由充电至电位窗口内任意电位,可以快速充放电以及具有优越的循环稳定性等优点,适合于需要短时间大功率输出的用电器件。然而现在柔性器件主要是基于平面柔性电极,通过叠层组装成柔性器件。这种结构使整个器件不能透气,集成到可穿戴织物中舒适度会很差。

国家纳米科学中心魏志祥研究员课题组与青岛大学佘希林教授合作,在纤维超级电容器方面的研究取得重要进展。这种纤维结构的超级电容器可以直接通过纺丝工艺制备,并集成到传统织物中,可以在保持原有织物的舒适性的前提下实现可穿戴电子器件的能量供应。该团队利用湿法纺丝的方法首先制备出连续的单壁碳纳米管/导电聚苯胺纳米线功能复合纤维,然后以纤维为电极在其表面涂覆凝胶电解质,将两根纤维缠绕形成纤维超级电容器。碳纳米管可以提高纤维的电导率和维断裂强度并保持良好的柔性,而聚苯胺作为活性材料可以提高超级电容器的容量,电化学测试表明纤维电容器具有较高的比容量和循环稳定性;经过不同角度的弯折实验,纤维超级电容器仍能保持良好的柔性,并且容量几乎没有影响。相关结果在线发表在Small上

这种纤维超级电容器可以作为单根纤维实现“自下而上”编织可穿戴电子织物,有望用于制作透气性良好的可穿戴能量存储器件,推动可穿戴电子器件的进一步发展。