王中林：基于织物的可穿戴平面微型超级电容器

【引言】

目前，体热控制、医疗诊断以及运动监测等各种市售智能纺织品仍普遍使用的是刚性电池，然而这却限制了纺织品设计的通用性，也带来了许多不便。理想的智能纺织品的电源装置应是纺织形式，它可以很容易地嵌入服装中，而不会对柔软性、重量轻、舒适性有所影响。

【成果简介】

中科院北京纳米能源与系统研究所的胡卫国研究员及王中林院士等向我们展示了一个用于制造纺织平面微型超级电容器（MSC）的简单而新颖的方法，并将所制造电容器嵌入服装中。制得的全固态电容器具有8.19 mF cm−2的高电容（扫描速度(CV)：0.01 V s-1）、稳定的循环性能（10000次循环用后，电容量仍可达到循环前的91%）及相当可观的充电速度。2016年8月26日，该项成果以题为“Wearable Textile-Based In-Plane Micro -supercapacitors”的文章，发表在ADVANCED ENERGY MATERIALS期刊上。

【图文导读】

图1 基于织物的平面微型超级电容器的制作

(a)基于织物的平面微超级电容器的制作流程图       (b)两种涤纶织物上的不同导电图

(c)通过纺织导电电路亮起的绿色的LED灯               (d)固态纺织MSC实物图

(e、f) 织物上的镀镍指状电极被石墨烯遮盖前、后的扫描电镜图

图2 纺织MSC的电化学性能

(a、b)不同扫描速率下循环伏安法曲线           (c)分布电容随扫描速率的变化

(d)MSC在不同电流密度下的恒流充放电GCD曲线

(e) MSC在电流密度为1.5 mA cm-2时的循环性能。图中内嵌图为最后10个周期电压曲线

(f)该MSC与其他MSC相比的Ragone图

图3 纺织MSC的柔性测试

（a）MSC被镊子弯曲/扭曲、附于手指皮肤的光学图像

（b）200 mV s−1下，不同弯曲、扭转角度时的伏安曲线

（c）电流密度为1.5 mA cm-2时的电容保持-弯曲周期函数

（d）三个器件串联在扫描速度为200 V s-1下的伏安曲线

（e、f）电流密度为1.5 mA cm-2时，三个器件分别在串、并联时的GCD曲线

图4 平面纺织MSC与常规堆叠SC的比较

（a）纺织SC、MSC的CV曲线                      （b）电流密度分别为0.5、2mA cm-2时的GCD曲线

（c）由GCD测试所计算得出的分布电容     （d）频率从0.01 Hz~100 kHz的交流阻抗谱

图5 平面纺织MSC与常规服饰的集成

（a）四个形状分别为B、I、N、N的MSC被缝在衣服上

（b）字母形MSC在不同电流密度下的GCD曲线

（c）四个MSC串联结构图

（d）串联MSC被弯曲图

（e）串联MSC在弯曲180°下点亮LED灯

文献链接：Wearable Textile-Based In-Plane Microsupercapacitors（Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601254）

本文由材料人电子电工学术组李小依供稿，材料牛整理编辑。

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