基于印刷技术制备柔性微型电容器的研究进展

柔性微型超级电容器作为一种新兴的储能器件,具有充放电速度快、功率密度大、循环寿命长等优点,在可穿戴电子设备领域中具有良好的应用前景。为实现柔性显示器、晶体管、射频识别装置及可穿戴设备等柔性电子产品的协同发展,针对微型超级电容器中存在的关键问题,阐述了制备微型超级电容器的凹版印刷法和丝网印刷方法,认为丝网印刷法工艺简单、耗时短、可集成、易实现工业化生产,该技术制备的叉指结构可在有限平面内实现离子转移;针对导电油墨的核心印刷技术,分析了无机系、有机系及复合型导电油墨研究近况,总结了复合型导电油墨制备的微型超级电容器电容特性,对其应用前景进行展望。     

织物基微型电容器的柔性储能研究进展

随着便携式电子设备的迅速发展,各类储能设备所占比例逐年上升,人们对其要求也越来越高,微型超级电容器因循环寿命长、充放电速度快等优点受到广泛关注。其中,织物基平面微型超级电容器具有质量轻、可弯曲、可折叠等特点,对发展可穿戴柔性储能设备具有极大意义。文中以织物基微型电容器的柔性储能研究为出发点,概述织物基微型超级电容器,阐述织物基微型超级电容器的组成成分及其结构,探讨二维微型超级电容器的制备方法,并给出微型超级电容器的应用前景。     

基于水系超级电容器的工作电压扩充研究进展

随着便携式可穿戴电子设备的快速发展,柔性超级电容器储能设备变得越来越重要。其中廉价和环保的水系超级电容器具有高导电性、高倍率性能和长循环寿命,但是因其不能完全利用电活性材料的电化学窗口,造成能量密度相对较低。文章通过解析水系超级电容器电压受限机制,从电容器正负极非对称设计、电解液的调控和电极表面的改性3个方面,对现有扩充工作电压方法的研究现状进行总结,为基于水系超级电容器的工作电压扩充研究提供参考。     

石墨烯可解决可穿戴设备的充电问题

<正>随着石墨烯在印刷电子设备上的新发展,可穿戴技术的实用性不断加强。英国曼彻斯特大学(The University of Manchester)近期展示了一项新技术方案:使用简单的丝网印刷技术,直接在纺织品上加类似于印柔性电池的设备。这项技术解决了可穿戴设备充电的问题。被称为超级电容器的组件是实现此方案的一种     

基于二维材料的纤维型储能织物的研究进展

随着便携式和可穿戴电子产品的急速发展,柔性可穿戴式储能设备逐渐成为热门研究领域。其中,一维电化学能量存储织物,如纤维基超级电容器和锂离子电池,由于其轻便性、柔韧性、耐磨性、可编织性及机电可加工性等优点成为最具发展潜力的方向之一。二维材料由于特殊的结构与性能在新型纤维基储能织物研究中具有独特优势。文章回顾了近年来已被应用于纤维型储能织物中的二维材料,着重阐述了各种纤维型储能器件的设计及制作工艺。随后,深入探讨了各类织造结构对织物整体储能特性的影响,全面介绍了纤维基超级电容器和锂离子电池的研究进展,并对该领域的机遇与挑战提出了思考与展望。     

纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

针对目前柔性智能可穿戴领域面临的产品功能单一、续航能力低、穿着舒适性差及三维扭曲形变时与人体贴合性不佳等问题,研究了基于纺织、材料、电子、通信、生物、能源及环境等多学科交叉领域的柔性智能可穿戴纺织品,分析了纤维基柔性智能可穿戴器件的制备方法、组成结构、三维形变与性能之间的关系。综述了近年来可 穿戴技术与产品的研究进展及纤维材料在柔性应变传感器、有机电化学晶体管基生化传感器、超级电容器、微生物燃料电池等柔性智能可穿戴领域的最新应用,指出可穿戴技术与纺织材料的融合是可穿戴产品发展的必然趋势和客观需求。     

静电纺PEDOT:PSS/PAN纳米纤维包芯纱超级电容器电极材料的制备

采用静电纺丝技术制备了以镀镍棉纱为芯纱的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维包芯纱,通过接枝聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS),设计出一种新型的纱线型超级电容器电极,并对其形貌结构和电化学性能进行了表征。结果显示,镍材料均匀地涂覆在棉纤维的表面,PEDOT:PSS均匀地接枝在PAN纳米纤维表面。该超级电容器电极材料的质量比容量高达28.75 F/g,显示出良好的电化学性能。这种超级电容器电极材料在柔性可穿戴的功能性纺织品上具有很好的应用前景。     

静电纺PPy/PAN纳米纤维包芯纱超级电容器电极的制备

利用静电纺丝技术制备了以镀镍棉纱为芯纱的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维包芯纱,然后接枝聚吡咯(PPy),设计出一种新型的纱线型超级电容器电极,解决了传统电容器能量密度低、柔性差的问题,并对其形貌结构和电化学性能进行了表征。结果显示,所制备的PPy/PAN纳米纤维包芯纱中,镍材料能均匀涂覆在棉纤维的表面,PPy能够均匀致密地接枝在PAN纳米纤维表面,质量比容量高达31.25 F/g,显示出了很好的电化学性能。这种超级电容器电极材料可应用于柔性的可穿戴功能性纺织品上,具有很好的应用前景。     

纤维基可穿戴电子设备的研究进展

为促进纤维基柔性可穿戴电子产品的发展,推动柔性可穿戴电子产品的更新换代,带动传统纺织服装行业的转型升级,归纳了近几年柔性纤维基可穿戴电子设备的研究进展,并对其进行系统分类,包括传感器、能量收集储存设备和其他功能性电子设备;讨论了目前纤维基可穿戴电子设备中存在的问题和面临的困境;指出多领域交叉综合、电子集成以形成系统、对人体安全无危险、可洗且穿着舒适是柔性纤维基可穿戴电子设备的发展趋势,而基于纤维或纱线基的柔性可穿戴电子设备将成为下一代多功能柔性可穿戴电子产品的发展重点。     

柔性碳材料微型超级电容器的制备与性能分析

为了寻找适合于大规模生产微型超级电容器的低成本碳材料,采用丝网印刷技术制备了还原石墨烯、晶须碳纳米管、多壁碳纳米管微型超级电容器,并对比其方阻、电化学性能和柔性可穿戴性能。结果表明:还原石墨烯、晶须碳纳米管、多壁碳纳米管微型超级电容器印刷电极的方阻分别为496Ω/sq、371Ω/sq、591Ω/sq,面积比电容分别为12.6 mF/cm~2、17.6 mF/cm~2、21.7 mF/cm~2,能量密度分别为0.9μWh/cm~2、2.4μWh/cm~2、1.5μWh/cm~2,功率密度分别为0.7 mW/cm~2、1.0 mW/cm~2、0.7 mW/cm~2。认为:晶须碳纳米管微型超级电容器表现出良好的柔性可穿戴性能。     

面向柔性超级电容器的石墨烯/聚吡咯电极材料的研究

介绍柔性超级电容器电极材料的性能要求,综述国内外石墨烯/聚吡咯电极材料的研究进展及基于纺织纤维的石墨烯/聚吡咯电极材料的研究现状,重点针对柔性超级电容器电极材料的制备方法及其电化学性能进行总结,并结合柔性超级电容器电极材料的生产现状探讨其发展方向。     

纤维基柔性智能可穿戴技术在智能运动服装上的应用

智能运动服装作为纤维基柔性智能可穿戴技术的重要应用领域,存在巨大的市场潜力。为探索纤维基柔性智能可穿戴器件在智能运动服装产业化应用的发展潜力,文章分析了智能运动服装的特性及其产业化应用进展,阐述了应用于智能运动服装的纤维基柔性智能可穿戴器件(包括柔性传感器、柔性超级电容器、柔性纳米发电机和柔性天线等)的研究进展。研究表明:为实现纤维基柔性智能可穿戴技术在智能运动服装领域的进一步应用,需要提升智能运动服装产品的舒适度、耐久性、数据准确性,推进器件的柔性化、微型化,降低生产成本,完善产品功能等。     

柔性纺织纤维基超级电容器研究进展

为促进纤维基超级电容器在柔性能量存储领域的应用,以纺织纤维原料为类别,对高性能纤维(碳纳米管纤维,石墨烯纤维)、天然纤维、合成纤维基超级电容器的研究进行综述。在此基础上,对不同类型的纤维基超级电容器性能分析对比,总结各种纤维基超级电容器的优缺点。结果表明,高性能纤维基超级电容器的纤维结构、传荷位阻、离子扩散速率决定了纤维比能量及循环寿命,但该类型纤维基超级电容器受限于纤维材料的力学性能,后续织造较为困难;天然、合成纤维可满足后道纺织工艺对纤维的力学要求,易与纺织品结合成为整体,其储能大小受活性物质结构、密度、电荷传递协同效应影响较大。最后,针对柔性纤维基超级电容器研究存在的问题进行说明并对未来需要攻克的重点难点进行分析及展望。     

织物基柔性超级电容器电极材料的研究进展

探讨织物基柔性超级电容器的制备方式以及组成。介绍了柔性超级电容器的工作原理,阐述了近几年织物基柔性超级电容器的发展,涉及了电极材料、制备方法、电容结构和最终性能等。以碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、活性炭等碳基材料为例,对比了几种超级电容器的电化学性能,并对此类柔性超级电容器电极材料的应用进行了总结与展望。认为:通过进一步的研究解决柔性超级电容器充放电循环数、电学性能和制备方式等问题,织物基柔性超级电容器将得到更大的发展。     

纺织基柔性触觉传感器及可穿戴应用进展北大核心CSCD

触觉传感器是智能可穿戴设备和人机交互领域的重要研究方向,引起了人们广泛的关注。传统刚性材料的触觉传感器普遍存在坚硬且不适合穿戴交互等瓶颈问题,限制了其在可穿戴领域的应用。纺织基柔性触觉传感器由于其高灵敏性、柔软性和可穿戴性成为触觉传感材料的首选。本文综述了几类纺织基柔性触觉传感器的原理和应用,包括电阻式、电容式、压电式和摩擦电式。结果表明:纺织基柔性触觉传感器由于其特殊的纺织结构,有优异的线性度、灵敏度、耐久性和稳定性。高灵敏性、耐久性和可穿戴性是纺织基柔性触觉传感器的优势和重要发展方向。     

二维过渡金属碳/氮化合物复合纤维在智能可穿戴领域的应用进展

针对传统纤维难以满足当前智能可穿戴设备需求,现有复合纤维大都不能兼具导电性能好、力学性能优、储能特性强等问题,归纳总结了一种新型二维过渡金属碳/氮化合物(MXene)复合纤维在智能可穿戴领域中的研究进展。首先从纤维制备角度介绍了MXene复合纤维的制备方法,包括涂覆法、双辊法、静电纺丝法和湿法纺丝法等,并分析了各种方法的优劣;然后对制备的MXene复合纤维在现阶段电磁屏蔽、超级电容器、柔性传感器等领域的应用进行系统介绍;最后对MXene复合纤维在智能可穿戴领域的未来发展进行展望,为新一代导电性高、力学性能优异、高能量储存复合纤维的研究提供新的思路。     

石墨烯/针织复合电极材料的制备及性能测试

为了满足柔性智能可穿戴电子产品的供电需求,设计了一种与之匹配的柔性超级电容器。电极材料是决定超级电容器性能的关键因素,为提高电极材料的电化学性能和耐弯曲性能,以针织物为基底,采用电化学沉积法制备石墨烯/针织复合电极材料。通过SEM测试表征电极材料的表观形貌及结构;通过恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试表征电极材料的电化学性能。试验结果表明:石墨烯/涤棉针织复合电极最佳电沉积时间为150 min,比电容为57.76 F/g、电阻为21.14Ω;经过1000次循环充放电后,电容保持率仍然可达82.2%,循环寿命长且耐弯曲性能优异。     

柔性超级电容器中的碳基电极材料与印刷工艺研究

正当今,随着经济的不断发展,人们不断追求更舒适便利的生活,对便携式柔性可穿戴产品需求不断增加,大大刺激了柔性能量存储系统的开发。超级电容器由于有着高的功率密度、高充放电速率、长循环寿命等特点,得到了人们的关注。制备高性能柔性超级电容器,电极材料与制备工艺的选择至关重要。碳基材料因其优良的导电性、电化学活性、易功能化等特点,被广泛选择与应用。印刷技术作为一种工艺简单、适应性广的增材制造技术,一定程度上克服了传统光刻等工艺所存在的流程复杂,高成本、低效率等问题。本文将对超级电容器的工作原理、碳基电极材料的选择以及常用印刷制备技术进行浅析。     

前沿

<正>研究人员在织物上构建微型超级电容器据报道,河南洛阳师范学院化学化工学院博士生王桂霞与美国研究人员合作,通过利用二氧化碳激光刻蚀氧化石墨烯层,首次实现在织物上构建以石墨烯为基底的微型超级电容器,相关成果在线发表于《电源杂志》。据悉,全固态微型超级电容器已经成为便携式和可穿戴电子产品有吸引力的储能单元,但由于其柔韧性和     

二氧化锰/碳复合电极研究进展

超级电容器是一种新型储能设备,具有功率密度高和使用寿命长等特点,从而受到人们的广泛关注。但超级电容器能量密度较低,限制其实际应用,通过将碳材料与二氧化锰复合成电极材料以提高超级电容器的能量密度。综述使用化学气相沉积法、水热法、电沉积法、静电纺丝法、模板法制备二氧化锰/碳复合电极材料在超级电容器中的相关研究,并且对其发展趋势进行展望。