AFM：一种用于可穿戴电子产品的织基耐温伸缩超级电容器

Nanoyu

2021-09-13

在可以植入人体或嵌入到衣服中的可穿戴电子产品的不断发展中，，基于纺织物的器件得到了人们极大的关注。在日常基础应用中，可穿戴式储能器件需要在恶劣的环境条件和不同的变形条件下保持良好的稳定性。

基于此，韩国高丽大学Jeong Sook Ha报道了通过利用特意组合的材料，用于电流集电器、电极、电解质和封装膜的堆叠设计结构，成功开发了一种基于纺织材料的可拉伸超级电容器，其具有高的电化学性能、机械稳定性和宽温度范围的耐温性能。

文章要点

1）可拉伸氨纶/尼龙织物涂覆高导电聚合物聚(3,4-乙二氧基噻吩)和聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）作为集电器，使得超级电容器可以在拉伸和弯曲的反复变形中保持稳定。采用多壁碳纳米管（MWCNTs）/还原氧化石墨烯（rGO）纳米复合材料制备可伸缩电极。由于电双层电容器的储能机制仅依赖于电解液离子在电极表面的静电吸附和解吸，因此这些碳基电极材料有望在宽温度范围内保持稳定。

2）在浸渍涂层制备织物电极后，在两个电极之间夹以凝胶型电解质制备超级电容器。碳酸丙烯(PC)-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)- 1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺([BMIM][TFSI])是一种稳定的凝胶型电解质，在宽温度范围内，促进了高粘度器件的组装，而没有任何电容劣化，且离子液体电解质的离子电导率高于其他离子液体电解质。

3）实验结果显示，在−30、25和80 ℃时，这种织基可拉伸超级电容器的表面电容分别为28.0、30.4和30.6 mF cm⁻²，在−30至80℃的三次反复冷却和加热循环中，电容保持稳定。此外，该超级电容器在拉伸高达50%和1000次重复拉伸的情况下也可保持稳定。同时，超级电容器还可以在−20和80 °C之间的温度同时驱动温度传感器和液晶显示器。

4）将超级电容器被编织成尼龙手套电源后，无论食指弯曲与否，微光二极管都能稳定发光。此外，封装的超级电容器在浸泡在水中几天时仍能保持电容。

这项研究展示了这种织物基可拉伸超级电容器作为可穿戴式储能器件的潜在应用，它可以在极端的温度变化、高湿度和身体运动中工作。

参考文献

Hanchan Lee, et al, A Textile-Based Temperature-T olerant Stretchable Supercapacitor for Wearable Electronics, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202106491

https://doi.org/10.1002/adfm.202106491