南工大陈苏教授:微流体纺丝导向的新型柔性可穿戴超级电容器 - 汶颢股份
首页 > 技术资讯 > 行业咨讯

南工大陈苏教授:微流体纺丝导向的新型柔性可穿戴超级电容器

可穿戴电子器件由于其轻质柔韧、可弯曲折叠、智能高效、多功能集成等优点深受世界科研工作者们的喜爱。然而,构筑具有高柔性、可编织、体积小、大能量储存的能源材料为可穿戴器件供能,成为该领域关键性的挑战。

微流体纺丝导向的新型柔性可穿戴超级电容器

a) 氮掺杂石墨烯机理示意图;b)微流体纺丝制备N-doped MGFs及微电容器构筑示意图;c) N-doped MGFs可实现连续大规模生产;d)将纤维集成在织物或编织成网格,表现出高的柔性和可织性;e)微电容器串并联为电子供能示意图。

在众多储能材料中,一维线性结构的柔性纤维状微型超级电容器(Micro-supercapacitor, micro-SCs)是最具潜力实现为柔性穿戴器件供能的选择。然而,由于目前制备的导电纤维材料难以获得成分均一、大比表面积、均匀有序多孔网络结构,造成内部离子传输速度慢和嵌入累积量少,使得宏观器件电荷存储少和能量密度低。因而,如何设计纤维电极材料和微观结构,促进离子快速输运和累积,从而实现器件高电荷存储和大能量密度输出等性能,成为国际上能源领域挑战性的研究课题。

a)-e)N-doped MGFs断面和表面的低倍和高倍SEM照片; f)-i) 纯MGFs断面和表面的低倍和高倍SEM照片;j)纤维电极材料孔结构表征;N-dopedMGFs材料的XPS表征,k)氮特征峰,l)碳特征峰。

a) -e)N-doped MGFs断面和表面的低倍和高倍SEM照片; f)-i) 纯MGFs断面和表面的低倍和高倍SEM照片;j)纤维电极材料孔结构表征;N-dopedMGFs材料的XPS表征,k)氮特征峰,l)碳特征峰。

针对上述问题,南京工业大学陈苏教授从设计材料微观分级多孔结构入手,利用微流控均匀成丝、大面积制备纤维为导向,通过介质在微反应系统中液-液界面自组装及分子功能化掺杂成孔为手段,构筑具有大能量密度输出、规模化编织和柔性穿戴应用前景的氮掺杂多孔石墨烯纤维超级电容器。该研究成果于被国际材料领域的顶级刊物Advanced Functional Materials收录。

a)将N-doped MGFs电容器串并联集成在柔性和织物基底上为视听电子供能;b)不同视听电子所需的电流值。

a) N-doped MGFs电容器串并联集成在柔性和织物基底上为视听电子供能;b)不同视听电子所需的电流值。

研究者们采用限域微通道内,前驱体均匀组装反应和原位掺杂技术,制备具有高导电性、大比表面积和均匀孔结构的纤维材料。基于该纤维构筑的微型超级电容器所表现的比电容、能量密度和功率密度均创国际新高。成功实现为LEDs、音响、背光源、单色和彩色显示器等视听电子器件的供能应用。该方法为不仅为新型电极材料的设计提供了新思路,还大大促进纤维电容器在可穿戴电子领域的发展,有望取代微电池并广泛应用于能量存储领域。

文章信息:High-Performance Wearable Micro-Supercapacitors Based on Microfluidic-Directed Nitrogen-Doped Graphene Fiber Electrodes,Guan Wu, Pengfeng Tan, Xingjiang Wu, Lu Peng, Hengyang Cheng, Cai-Feng Wang, Wei Chen, Ziyi Yu and Su Chen*,Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.201702493

(文章来源:高分子科学前沿,有改动 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)



标签:   微流体纺丝