苏州纳米所柔性超级电容器研究获进展

正随着柔性电子学的发展,可穿戴电子设备正在飞速进入人们的生活。为了实现可穿戴器件的产品化,其供能部件也需要柔性化和高性能化,因此,高性能的柔性储能器件将越来越显示出其潜在的市场价值。超级电容器作为一种新型的电能存储器件,能量密度高于传统的平行板电容器,功率密度和使用寿命优于锂离子电池,因而被广泛研究。然     

中科院大连化物所锂离子微型电池研究取得新进展

正日前,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队与中科院院士包信和团队合作,开发出一种具有多方向传质、优异柔性和高温稳定性的平面集成化全固态锂离子微型电池。相关研究成果发表在《纳米能源》(Nano Energy)上。随着柔性可穿戴化、微型化、集成化电子器件的快速发展,迫切需要开发高性能、轻量化、穿戴式及结构功能一体化柔性电源及其技术。锂离子电池是目前社会上应用最广泛、最为流行的一种     

柔性有机发光二极管材料与器件研究进展

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diodes,简称OLED)是全固态的薄膜发光器件。由于OLED的可柔性制备、低驱动电压、低功耗等优点,其在未来的可穿戴应用上具有广阔的发展前景。目前,小尺寸的OLED显示器已经实现商业化,大尺寸的OLED电视和照明也已有产品问世,但OLED器件的可穿戴应用尚处于探索期。综述了近年来基于可穿戴应用的柔性OLED材料及器件技术的研究进展,具体介绍了柔性基板材料、柔性薄膜晶体管材料、柔性OLED发光层技术、柔性薄膜封装材料与技术等方面的研究进展。此外,介绍了近几年来兴起的一些新型的柔性器件制备技术,如柔性纤维布基底技术、纤维状聚合物发光电化学池技术、对称平面层器件结构和狭缝涂布式印刷技术等。最后,对柔性OLED材料与器件技术的发展趋势进行了展望。     

柔性储能电池电极的设计、制备与应用EI北大核心CSCD

随着便携式、可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能器件的研究逐渐转向微型化、轻柔化和智能化等方向。同时人们对器件的能量密度、功率密度和力学性能有了更高的要求。电极材料作为柔性储能器件的核心部分,是决定器件性能的关键。柔性储能电子器件的发展,又迫切需要新型电池技术和快速、低成本且可精准控制其微结构的制备方法。因此,柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池等新型储能器件的研发成为目前学术界研究的热点。本文论述了近年来柔性储能电池电极的研究现状,着重对柔性电极材料的设计(独立柔性电极和柔性基底电极)、不同维度柔性电极材料的制备工艺(一维材料、二维材料和三维材料)和柔性储能电极的应用(柔性锂/钠离子电池、柔性锂硫电池、柔性锌空电池)进行对比分析,并对电极材料的结构特性和电化学性能进行了讨论。最后,指出了柔性储能器件目前所面临的问题,并针对此类问题展望了柔性储能器件未来的重点在于新型固态电解质的研发、器件结构的合理设计及封装技术的不断优化。     

基于导电纤维的柔性电子器件研究进展

柔性电子器件具有优异的灵活性,实现了与服装的无缝集成,在各种实际的可穿戴应用中具有巨大的潜力。一维纤维状电子器件由于其优异的柔韧性、可编织性及舒适性成为智能可穿戴领域的研究热点。首先,综述了用于纤维状柔性电子器件的一维可拉伸电极的研究进展,然后详细介绍了高性能一维纤维状柔性电子器件制备过程中具有代表性的导电材料、制造技术及一维柔性纤维进一步应用于各类电子器件的主要制备方法,另外总结了近年来基于柔性纤维状电子器件在智能可穿戴领域的应用。最后对一维纤维基智能可穿戴电子器件的机遇和挑战进行了批判性思考。      

柔性及纺织基钙钛矿太阳能电池的研究进展

传统的能源器件大多为平面刚性结构,虽然坚固耐用,但对于实现器件的可穿戴来说,较难满足微型化、轻量化、柔性化、集成化的要求,这正是目前的应用瓶颈。纺织材料作为天然的穿戴材料,具有无可比拟的柔性和穿戴舒适性,且能适应人体曲面,因此,基于纺织材料构建能源器件是可穿戴技术发展的重要方向。本文介绍了钙钛矿太阳能电池的器件结构和工作原理,从电子传输层材料、空穴传输层材料、基底材料这三方面介绍了柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展,并对纺织基柔性钙钛矿太阳能电池的最新研究进展进行了评述,最后对包括纺织基在内的柔性钙钛矿太阳能电池的未来发展进行了展望。     

复旦教授攻克可穿戴设备柔性及电池续航难题

<正>可穿戴设备领域新品不断推出,将给人们的生活带来新的变化。但平均18个小时的续航时间还不够长,使众多潜在购买者还在观望中。电池的柔性和续航能力以及相关器件的柔性,一直以来都是可穿戴设备推广的最大瓶颈。近日,从复旦大学先进材料研究院获得消息,该院彭慧胜教授已经从技术上解决了这一难题。他将碳纳米管做成纤维状的锂电池和太阳能电池,而将这一纤维织成织物后,能够实现供电、变色等穿戴纤维的性能。据学者估计,未来新的技术革命将发生在可穿戴设备领域,尤其是高度集成的     

纤维状有机光电探测器制备与特性研究

纤维状光电探测器因具有柔性可编织、全角度光探测等特性，有望在可穿戴电子领域取得广泛应用。现已报道的纤维状光电探测器多采用无机光敏材料，器件存在机械柔性受限、制备工艺复杂等问题。本文提出制备纤维状有机光电探测器(FOPD)，采用浸渍提拉法依次在锌丝表面制备电子传输层(ZnO)、有机体异质结光敏层(PBDB-T:ITICTh)和空穴传输层(PEDOT:PSS)等功能层，最后缠绕银丝或碳纳米管纤维(CNT)作为外电极，制备了两种柔性FOPD。结果表明，两种器件在可见光波段均具有优良的响应，整流特性明显，在-0.5 V偏压下比探测率均可达10¹¹Jones (300 nm～760 nm)。其中，CNT外电极与光敏层的界面接触更佳，器件具有更低的暗电流密度(9.5×10^-8A cm^-2，-0.5 V)和更快的响应速度(上升、下降时间：0.88 ms、6.00 ms)。本文的研究有望为柔性纤维器件和可穿戴电子领域的发展提供新思路。     

柔性钠离子电池研究进展

随着柔性电子产品需求的日益增长,柔性电池得到越来越多的研究和关注。目前,柔性锂离子电池由于高功率密度和高能量密度的特点,在柔性屏、可穿戴设备应用上取得了实质性的进展。然而,锂矿资源储量有限、分布不均的问题限制了电池的可持续发展。在寻求新型电池的道路上,钠离子电池引起了人们的关注。钠在地球中的存储量比锂更多,价格更低,这使得钠离子电池有望满足未来的市场需求。柔性钠离子电池的关键材料包括电极活性材料、电极集流体、电解质和隔膜。电极不仅需要高容量和优异的电导率,还要具有良好的机械柔韧性,保证柔性电池在各种形变(弯曲、拉伸、折叠等)下正常工作。柔性电解质和隔膜在保证电池安全的同时,还要保持与正负极之间具有稳定的界面结合。但这些关键材料不成熟、不完善的问题阻碍了柔性钠离子电池的发展。此外,普通袋式的柔性电池无法满足未来电子设备小型化和可穿戴的要求。创新实用的结构设计和适合大规模生产的制备技术也亟待发展。本文介绍了柔性钠离子电池电极材料(正负极活性材料和导电基底材料)、电解质、电池结构和制备工艺等方面的研究进展,对柔性电池现存的问题(比如成本高、安全性差、制备工艺复杂等)进行了分析探讨,最后展望了柔性钠离子电池未来的发展方向。     

纤维状碳纳米管电池可织成“能源衣”

正若从最近谷歌眼镜(Google Glass)的新品发布和苹果iWatch智能腕表即将上市的种种迹象来看,可穿戴电子产品将可能掀起下一个新科技浪潮。为了解决这类产品的电力供应问题,中国上海复旦大学的研究人员首次制备出基于碳纳米管(CNT)的纤维状全锂离子电池,可被灵活地编织成具有高性能的柔性能源纺织品。该研究成果发表在最新一期的《纳米快报》上。从头部显示到生物医学监测,可穿戴式电子产品可以提供许多先进的功能,对电池的要求很高,不仅体积小、重量轻,还必须具备满足设备运行诸多功能所需的强大能     

苏州纳米所:柔性与力量碰撞出的导电载体

<正>近日,中科院苏州纳米所李清文团队在柔性可穿戴器件研究方向取得了新进展。他们采用柔性的碳纳米管纤维作为导电电极,将整个电池采用透明聚合物封装,使得电池稳定性有了大幅提升。该研究成果发表在《先进材料》上,并被国际著名科学新闻杂志New Scientist报道。未来将成为穿戴器件重要发展方向"从纤维角度看,碳纳米管纤维是一种崭新的纤维材料,具有传统纤维不可比拟     

柔性纤维状电池研究进展

纤维电池具有维度低、灵活性好、形状普适性强、与纺织品高度融合等特点,可满足柔性电子产品电路元件的供能需求。近年来纤维电池的研究,不仅关注于电极材料的微纳复合,探索多功能、可扩展和高集成系统的纤维电池逐渐成为研发的焦点。此外,规模化生产纤维状电池也取得了一定的突破,包括电池组装、集成、连续生产等。基于此,本文从纤维基底材料和制备工艺两方面对近期纤维电池的研究成果展开论述,并对工业化生产纤维电池的最新突破进行评述,最后,总结纤维状电池发展存在的问题并分析展望未来需要攻克的重点难点。     

纤维状碳纳米管电池可织成“能源衣”

正从最近谷歌眼镜的新品发布和苹果智能腕表即将上市的种种迹象来看,可穿戴电子产品将可能掀起下一个新科技浪潮。为了解决这类产品的电力供应问题,中国上海复旦大学的研究人员首次制备出基于碳纳米管(CNT)的纤维状全锂离子电池,可被灵活地编织成具有高性能的柔性能源纺织品。该研究成果发表在最新一期的《纳米快报》上。     

锂离子电池负极用纤维状炭材料

纤维状炭材料有各种尺度和形貌,由于成本和性能缺乏竞争力,制约其在锂离子电池负极材料中的应用。随着纳米技术的发展,一些改性后的新型炭纤维表现出良好的负极材料性能。文章综述了近年各种纤维状炭材料用作锂离子电池负极材料的国内外研究进展。依据纤维状炭材料的结构、性能及其研究思路,分别归纳了石墨纤维、炭纤维及具有各种微观结构的炭纳米纤维作为负极材料的电化学性能及应用前景。结果表明,纤维状炭材料作为锂离子电池负极材料的研究,经历了从石墨化炭纤维到非石墨化炭纤维,从微米级直径到纳米级直径,从注重研究工艺参数到注重研究和设计微观结构的过程。从提高容量和倍率性能的潜力及成本和可工业化角度考虑,纤维状炭材料极有可能是未来炭负极材料的重要选择。     

柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池关键电极材料研究进展

柔性太阳能电池具有轻便、可弯曲的优点,可用于可穿戴设备等器件的即时充电,具有广阔的应用前景,受到持续广泛的关注。柔性太阳能电池制备中的关键在于基材以及与之相关的电极材料的制备。本文综述了柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池近几年的发展情况,着重介绍了柔性染料敏化太阳能电池光阳极、对电极以及柔性钙钛矿太阳能电池的底电极和电子传输层。结果发现高温烧结目前仍是制备高效染料敏化太阳能电池光阳极不可避免的方法,而对电极则不受这一限制并且已经有多种材料的效率超过了高温烧结的铂。柔性钙钛矿太阳能电池的研究重点是用其他材料代替底电极中柔性较差的ITO以及高温烧结的电子传输材料TiO₂,并且都取得显著成效。在此基础上,展望了柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池未来的发展方向。     

纤维及织物基柔性可穿戴器件研究进展

近年来,随着智能技术的迅速发展,可穿戴器件逐渐成为研究热点。在实际应用中,柔性的可穿戴器件具有更广阔的应用前景,尤其是以纤维和织物为基底制作的柔性器件为解决穿着舒适性、耐水洗性不佳及三维形变时与人体贴合性差等问题提供了基础,同时符合绿色环保的理念,具有现实的研究意义。本文介绍了几种典型的柔性可穿戴器件,并简要回顾了可穿戴设备的柔性化进程;概述了以纤维、织物为基底的柔性可穿戴器件的制备方法;对纤维/织物基器件进行了分类并综述了在柔性传感器、柔性能源器件、柔性电极等领域的最新应用,指出随着材料科学、纺织技术和微电子技术的融合发展,通过系统设计和一体成型构建纺织结构柔性器件是穿戴式产品进一步发展的客观需求和必然趋势。     

柔性锂硫电池材料:综述

近年来,随着可穿戴和便携式产品的快速发展,对柔性电子设备的需求日益增加。柔性电池作为其关键部件,得到了越来越多的研究和关注,开发具有高能量密度的柔性电池,对柔性电子设备的未来发展意义重大。锂硫电池具有较高的理论容量和能量密度,且成本低廉,是未来储能领域发展的重要前沿方向。因此,开发高性能的柔性锂硫电池更能满足未来柔性可穿戴电子器件的需求。但是,传统锂硫电池很难实现较高的柔韧性,因为其电极材料多为刚性材料,不易或不能弯曲;电解液为液态,弯曲过程中,容易发生泄漏;电池结构多为传统物理组装,材料界面结合较差。电池弯曲变形后,将丧失原有性能,或发生性能的快速衰退。鉴于此,适用于柔性锂硫电池的电极材料、固态电解质的开发及电池结构设计创新成为国内外学者研究的热点。目前,柔性电极主要采用碳纳米管、石墨烯、碳布、碳纸等碳基材料或高分子材料,在此基础上的改性材料也被广泛应用。这些材料不仅可满足设备对于机械柔性的要求,同时其多孔及大比表面积等性质有助于离子快速的迁移及界面阻抗的降低等,提高了电池整体性能。固态电解质则多采用凝胶电解质、聚合物固态电解质及无机固态电解质,其化学稳定性优良,安全性高,具有较好的柔性和可塑性。同时,根据拓扑原理,可以设计新的电池结构,如纸张叠层型、线缆型、可编织型等,降低形变过程中电池内部结构的应力变化,以满足电池的柔性要求。本文从电极材料、固态电解质及电池结构设计三方面阐述了锂硫电池柔性化研究的相关成果,分析探讨了面临的问题及未来发展方向。     

锂硫电池柔性正极材料研究进展

随着化石能源的日渐枯竭、能源危机和环境问题的日益突出,开发环境友好的二次电池能源体系迫在眉睫。锂硫电池作为一种新型的储能电池,其理论比容量高达1 675 mAh/g,质量密度可达2 600 Wh/kg,且原材料来源广、成本低等优点,使得其有望代替锂离子电池成为下一代理想的能源电池。近年来,可穿戴电子设备、智能纺织品的出现,对储能电池提出了更高的要求—柔性,因此开发柔性锂硫电池已经成为研究热点。作为锂硫电池的重要组成部分,柔性正极材料的研究和制备对柔性锂硫电池系统的开发至关重要。从锂硫电池柔性正极基体材料入手,对碳材料、导电聚合物材料和新兴的MOF材料等3个方面进行了分类总结,详细阐述了各自制备方法及对柔性正极性能影响。碳材料高的导电性和多孔结构设计、导电聚合物和MOF材料对多硫化物优异的化学吸附作用,均有助于抑制多硫化物的"穿梭效应",提升柔性锂硫电池的长循环电化学稳定性能。最后分析了现有锂硫电池柔性正极材料存在的缺陷与问题,对未来发展方向做出了展望。这将为开发新型的锂硫电池用柔性正极材料提供指导,同时为其它二次电池柔性正极材料开发过程中的共性问题提供实验和理论依据。     

柔性电致变色材料的研究与发展

随着可穿戴电子器件的应用普及,柔性电子器件已经成为当前研究的热点。柔性电致变色器件因具有绿色环保、低成本、可大面积、适应性强和生产运输方便等优良特性,在新型智能显示、建筑智能窗、汽车后视镜、智能眼镜、可穿戴设备和军事伪装等众多领域得到广泛应用。从柔性电致变色结构出发,讨论了柔性衬底、电极材料、电致变色材料和电解质材料等功能层,指出了提升柔性电致变色器件性能的关键,明确了器件材料与结构的关系,指出其当前存在的问题并对未来的发展趋势做出展望。     

柔性储能器件的电极设计研究进展

随着制造技术的飞速发展,便携式电子设备正朝着柔性化、轻质化、微型化及智能化方向发展,能够弯曲、折叠、扭曲、拉伸等协调变形的柔性电子设备应运而生。作为柔性电子设备的关键部件,储能器件的设计成为柔性电子实际应用必须攻克的难题。传统储能器件是刚性的,难以与柔性电子设备相适配,在变形时易造成电极材料与集流体分离,严重影响了电化学性能,甚至造成短路,产生重大的安全隐患。基于此,开发新型柔性储能器件,如柔性锂离子电池、柔性锂硫电池、柔性锂金属电池、柔性超级电容器等,已成为当今学术界和产业界研究的热点。近年来,基于本征柔性材料组装以及刚性材料柔性化设计两种方式获得的柔性储能器件取得了很大进展。金属纤维(如铝、铜)、聚合物纤维(如聚吡咯、聚苯胺)和碳基材料(如碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯及其复合材料)等因具有本征柔性的特征,在柔性储能器件中扮演着重要角色。其他诸如钴酸锂、钛酸锂等无机刚性材料的脆性较大,需通过合理的结构设计实现柔性。此外,柔性储能系统还需具备高容量、高效率、轻薄、安全等综合性能来满足实际的应用需求。本综述围绕本征和非本征柔性储能器件,探讨材料微观结构与器件宏观性能的构效关系,重点阐述各类柔性电极材料的制备方法、力学性能和电化学性能,并对未来柔性储能器件发展、电极材料设计面临的挑战提出了一些见解。