基于多孔纳米碳纳米复合材料的柔性可穿戴超级电容器

带有交织式LED的晚礼服看起来很奢侈,但光源需要来自可穿戴,耐用且轻巧的设备的恒定电源。科学家已经为可穿戴设备制造了纤维状电极,这种电极具有很高的能量密度,具有很高的柔韧性和优越性。电极材料制备的关键是微流体技术,如《Angewandte Chemie》杂志所示。

从数百个小型LED发出闪闪发光的衣服可能会在宴会厅或时装表演中产生醒目的效果。但是可穿戴电子设备也可能意味着集成在功能性纺织品中的传感器,以监测例如水的蒸发或温度变化。为此类可穿戴设备提供动力的储能系统必须兼具可变形性,高容量和耐用性。然而,可变形电极经常不能长期运行,并且其容量落后于其他现有技术的储能装置。

电极材料通常受益于孔隙率,电导率和电化学活性的良好平衡。来自南京工业大学的材料科学家Su Chen,关武及其团队更加深入地研究了对柔性电极的材料需求,并开发了由两种碳纳米材料和金属有机框架合成的多孔杂化材料。纳米碳具有大的表面积和优异的导电性,而金属有机骨架则具有多孔结构和电化学活性。

为了使电极材料在可穿戴应用中具有柔性,通过使用创新的吹纺机将微孔碳骨架与热塑性树脂纺成纤维。最终的纤维被压制成布,并组装成超级电容器,尽管事实证明,另一轮带有微介孔碳骨架的涂层进一步改善了电极性能。

由这些电极制成的超级电容器不仅可变形,而且与同类设备相比,它们还可以具有更高的能量密度和更大的比电容。它们稳定并且承受了10,000多次充电-放电循环。科学家们还在实际应用中对它们进行了测试,例如服装中LED的智能颜色切换以及功能性服装中集成的电子设备的太阳能电池控制供电。

作者指出,基于微流体液滴的合成是提高可穿戴电子设备电极材料性能的关键。他们认为,这完全是关于调整完美的多孔纳米结构。

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