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钒氮合金头发+石墨烯=高倍率纤维状柔性超级电容器
作者: admin 时间:2017-12-15 来源:未知

纤维状超级电容器因其可快速充放电、固体形态、良好的柔韧性、形状可编织性、与身体良好的兼容性、工作寿命长等优点成为嵌入可穿戴电子设备的理想储能单元。

随着信息技术的飞速发展,便携式可穿戴电子设备引起人们越来越多的关注,智能手环、智能手表、电子皮肤等可穿戴电子设备为我们记录和分析数据提供极大便利的同时,也对其中集成的电池部分提出了柔性化、可穿戴性、亲肤性等新的要求。

该器件表现出良好的柔韧性和优异的电化学性能,工作电压窗口可达1.8V,超高的倍率性能(20V/s的扫速下仍然稳定工作),1.81mWhcm?3的高能量密度,经过5000次循环,容量保持率仍为88.3%。然而目前广泛使用的纤维基底各自存在弊端,金属虽然具有良好的导电性,但刚性本质使得其难以满足电子设备对弯曲、拉伸等柔性变性的要求;石墨烯和碳纳米管纤维由于拉伸强度不够、利用率低和相对复杂的制备工艺同样难以实现在柔性器件中的广泛应用。

进一步将该纤维状超级电容器编织到普通织物中,与普通衣物相集成,可以作为可穿戴电子设备的有效供电单元,两个器件串联可实现3.6V的工作电压,两器件并联则可将输出电流加倍,进一步证明了该柔性器件良好的可集成性,为高性能纤维状柔性超级电容器的设计和构建提供了新的策略和参考,继续推进柔性、可穿戴智能电子设备的发展。

基于此,加拿大滑铁卢大学的研究人员创造性地采用人的头发作为柔性基底,通过电子束沉积均匀沉积一层金属Ni提高其导电性,再通过浸泡GO分散液并用水合肼还原得到Hair/Ni/rGO复合纤维作为负极,进一步化学浴沉积MnO2得到Hair/Ni/rGO/MnO2复合纤维作为正极,PVA/KOH凝胶作为电解质和隔膜组装非对称纤维状柔性超级电容器。性能如此优异的原因可归结于:1)Hair/Ni/rGO复合纤维保持了头发本身超强的柔性性,Ni和rGO的均匀沉积使得复合纤维具有良好的导电性以作为集流体和纳米MnO2的沉积骨架;2)蜂窝状结构的MnO2缩短了快速充放电过程中的离子传输路径,使得MnO2能够被充分利用。


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