王中林：基于織物的可穿戴平面微型超級電容器

【引言】

目前，體熱控制、醫療診斷以及運動監測等各種市售智能紡織品仍普遍使用的是剛性電池，然而這卻限制了紡織品設計的通用性，也帶來了許多不便。理想的智能紡織品的電源裝置應是紡織形式，它可以很容易地嵌入服裝中，而不會對柔軟性、重量輕、舒適性有所影響。

【成果簡介】

中科院北京納米能源與系統研究所的胡衛國研究員及王中林院士等向我們展示了一個用于制造紡織平面微型超級電容器（MSC）的簡單而新穎的方法，并將所制造電容器嵌入服裝中。制得的全固態電容器具有8.19 mF cm?2的高電容（掃描速度(CV)：0.01 V s-1）、穩定的循環性能（10000次循環用后，電容量仍可達到循環前的91%）及相當可觀的充電速度。2016年8月26日，該項成果以題為“Wearable Textile-Based In-Plane Micro -supercapacitors”的文章，發表在ADVANCED ENERGY MATERIALS期刊上。

【圖文導讀】

圖1 基于織物的平面微型超級電容器的制作

(a)基于織物的平面微超級電容器的制作流程圖 ? ? ??(b)兩種滌綸織物上的不同導電圖

(c)通過紡織導電電路亮起的綠色的LED燈 ? ? ? ? ? ? ? (d)固態紡織MSC實物圖

(e、f) 織物上的鍍鎳指狀電極被石墨烯遮蓋前、后的掃描電鏡圖

圖2 紡織MSC的電化學性能

(a、b)不同掃描速率下循環伏安法曲線 ? ? ? ? ??(c)分布電容隨掃描速率的變化

(d)MSC在不同電流密度下的恒流充放電GCD曲線

(e) MSC在電流密度為1.5 mA cm-2時的循環性能。圖中內嵌圖為最后10個周期電壓曲線

(f)該MSC與其他MSC相比的Ragone圖

圖3 紡織MSC的柔性測試

（a）MSC被鑷子彎曲/扭曲、附于手指皮膚的光學圖像

（b）200 mV s?1下，不同彎曲、扭轉角度時的伏安曲線

（c）電流密度為1.5 mA cm-2時的電容保持-彎曲周期函數

（d）三個器件串聯在掃描速度為200 V s-1下的伏安曲線

（e、f）電流密度為1.5 mA cm-2時，三個器件分別在串、并聯時的GCD曲線

圖4 平面紡織MSC與常規堆疊SC的比較

（a）紡織SC、MSC的CV曲線 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（b）電流密度分別為0.5、2mA cm-2時的GCD曲線

（c）由GCD測試所計算得出的分布電容 ? ??（d）頻率從0.01 Hz~100 kHz的交流阻抗譜

圖5 平面紡織MSC與常規服飾的集成

（a）四個形狀分別為B、I、N、N的MSC被縫在衣服上

（b）字母形MSC在不同電流密度下的GCD曲線

（c）四個MSC串聯結構圖

（d）串聯MSC被彎曲圖

（e）串聯MSC在彎曲180°下點亮LED燈

文獻鏈接：Wearable Textile-Based In-Plane Microsupercapacitors（Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601254）

本文由材料人電子電工學術組李小依供稿，材料牛整理編輯。

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