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    行業科普
    一種可縫制、可編織和可水洗的智能儲能纖維
    時間:2020年10月10日

    隨著可穿戴電子產品的快速發展,人們急需柔性好、可伸縮、高性能、兼具舒適性和耐用性的儲能設備。重量輕、體積小、結構多樣的纖維狀儲能設備成為人們研究的熱點,并被認為是解決可穿戴電子產品續航差的有效方法。

     

     

    目前,鋰離子電池、鋰硫電池、原電池和超級電容器等一維線性電源的開發工作已經取得了很大進展。其中,纖維狀水性鋅電池(AZBs)具有比容量高(825 mA/g)、原料豐富、成本低、安全性高和柔性好等優點,能夠作為可穿戴電子產品的儲能設備。然而,纖維狀水性鋅電池缺乏高容量和穩定的正極材料,而且目前生產的纖維狀電池很少能提供紡織加工所需的機械性能,很難進行大規模生產。

     

     

    近日,中國工程物理研究院化學材料研究所的研究人員受到聚多巴胺(PDA)強黏合力和氧化還原活性的啟發,以PDA為活性材料和納米黏結劑,開發出可縫制、可編織和可水洗的儲能纖維。該儲能纖維還表現出高柔韌性和高抗強度,可以直接用來制備可穿戴的儲能紡織品,這為可穿戴電子器件的開發提供了新途徑。相關成果以“Bioinspired Interface Design of Sewable, Weavable, and Washable Fiber Zinc Batteries for Wearable Power Textiles”為題發表在Advanced Functioned Materials上。

     

    基于柔性AZBs的儲能紡織品的制備示意圖及PCNF性能表征

     

    研究人員選擇碳納米管纖維(CNF)作為碳基質,將CNFs放入多巴胺溶液中,使得多巴胺在CNF表面形成聚多巴胺(PDA),將PDA包覆的CNFs作為陰極(PCNF)。將制備好的PCNF和鋅絲通過織機織成織物,制成儲能紡織品。涂刷聚乙烯醇(PVA)凝膠電解質后,該儲能紡織品可以為各種電子設備供電。

     

    不同熱處理溫度下,PCNF電極的耐電解質和電化學性能比較

     

    為了去除殘留的多巴胺,并且提高PCNF中具有氧化活性的醌基的比例,研究人員對聚合得到的PCNF樣品分別在不同溫度下進行熱處理。研究結果表明,熱處理溫度為300℃時,PCNF電極的耐電解質和電化學性能優良。

     

    熱處理溫度為300℃時,PCNF電極的電化學性能及FT-IR和XPS表征

     

    研究人員通過縫紉機將儲能纖維縫制成特定圖案的儲能紡織品,不管在彎曲還是洗滌條件下,該儲能紡織品均能為各種電子產品穩定供電。

     

    基于柔性AZBs縫制和機織的儲能紡織品的示意圖及應用性能

     

    (來源:紡織導報官微)

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