Adv.Mater.：基于機械強化超長MnO2納米線復合材料的可編輯超級電容器

Allen 6年前 (2017-11-23) 6797瀏覽

【引言】

在電子紡織品，電子皮膚和可穿戴式健康監視器的應用中，對可拉伸電子器件不斷增長的需求要求能量存儲設備協同拉伸。作為可拉伸和可穿戴電子產品的主要能量供應品之一，近年來，可伸縮超級電容器由于其優越的功率密度和長的壽命而引起越來越多的關注。盡管在可伸縮超級電容器方面取得了一些進展，但通過預先設計用于器件裝配的結構化電極制造的傳統可拉伸超級電容器仍然缺乏器件級的可編輯性和可編程性。 為了適應具有任意配置的可穿戴電子設備，非常希望開發可編輯的超級電容器，其可以直接轉換成期望的形狀和可拉伸性。

【成果簡介】

近日，南洋理工大學陳曉東（通訊作者）團隊基于機械強化超長MnO2納米線復合材料的電極開發了具有可控形狀和拉伸性的可編輯超級電容器。蜂窩狀結構編輯的超級電容器表現出227.2mFcm-2的比電容，并且可以拉伸達500％而不降低電化學性能，這比大多數現有技術的可拉伸超級電容器優越。此外，在400％的拉伸應變下，在10000次拉伸-釋放循環之后，它保持了近98％的初始電容。作為系統集成理念的代表，可編輯超級電容器與應變傳感器集成在一起，即使在擺動的情況下，系統也表現出穩定的傳感性能。相關成果以題為“Editable Supercapacitors with Customizable Stretchability Based on Mechanically Strengthened Ultralong MnO2 Nanowire Composite”發表在了Advanced Materials上。

【圖文導讀】

圖1 可伸縮超級電容器裝配過程示意圖

a）預先設計的策略

b）該研究中的可編輯策略

圖2 機械增強MnO2納米線材料對可編輯超級電容器的表征

a）超長MnO2納米線的SEM圖像

b）TEM圖像

c，d）分別為MnO2納米線的HRTEM圖像和相應的SAED圖像

e）Mn2O3納米線的高分辨率XPS譜圖

f）CNT膜頂視圖，插圖是CNT膜的放大俯視圖

g，h）g）包含30％CNT的MnO2納米線/CNT復合膜的俯視圖和h）放大頂視圖

i）在MNW/CNT電極上金涂覆的納米纖維膜的SEM圖像

j）MNW70-NCF膜在攪拌后在水中穩定

k）MnO2基復合電極和MOW70-NCF-PVA基超級電容器的應力-應變曲線

圖3 可編輯超級電容器的電化學和機械性能

a）超級電容器結構的示意圖

b，c）柔性超級電容器的b）恒電荷充放電和c）循環伏安（CV）曲線

d）柔性對稱超級電容器之間的電化學性能比較

e）不同應變測試下的蜂窩狀超級電容器的數字圖像

f）在1.6mA cm-2下測試的聚氨酯螺紋互鎖蜂窩狀超級電容器的歸一化比電容

g）電流密度為1.6mA cm-2的蜂窩狀超級電容器的電容保持率

h）可編輯的超級電容器的特定面積電容與可逆拉伸性

圖4 輸出電流

a）在兩種條件下由可拉伸的蜂窩狀超級電容器供電的應變傳感器中的電流響應

b）不同擺動頻率下非集成器件的輸出電流

c）最大輸出電流和擺動頻率之間的關系

【小結】

該研究展示了具有可控拉伸性的可編輯超級電容器，即使在可逆的400％拉伸應變下進行10000次拉伸-釋放循環之后，具有蜂窩狀結構的超級電容器仍然保持接近98％的初始電容。可編程超級電容器具有高度可伸縮性，易于編程以及可串聯和并聯連接，有望為各種便攜式，可拉伸和可穿戴電子設備生產具有可編程拉伸性能的時尚儲能設備。

文獻鏈接：Editable Supercapacitors with Customizable Stretchability Based on Mechanically Strengthened Ultralong MnO2 Nanowire Composite（Adv. Mater., 2017, DOI：10.1002/adma.201704531）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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