韩国高丽大学研究组利用传统纸张开发出了快速提高输出性能的超级电容器原件。研究组开发出新的单分子配体层状自组方法,在织物材质表面非常均匀、稠密地涂上纳米大小的金属及金属氧化物粒子,成功制作出金属纸电极和柔软性较好的纸质超级电容器。新研制出的纸质电极不会改变织物固有的机械性结构特性,可以出现金属电气传导现象。这种用纸电极制作的超级电容器元件具有表面积大和多孔性结构等特征,从而大幅提高储电容量和输出值。纸张或棉布等材质表面较宽、轻便,而且柔软易于加工,可应用于电器、电子元件,可以制作曲面或穿戴设备的元件,具有很好的应用前景。

超级电容器是提高电容器容量的核心部件。与二次电池相比,超级电容器能量密度较小,但可以瞬间提高功率。韩国高丽大学研究组利用传统纸张开发出了快速提高输出性能的超级电容器原件。研究组开发出新的单分子配体层状自组方法,在织物材质表面非常均匀、稠密地涂上纳米大小的金属及金属氧化物粒子,成功制作出金属纸电极和柔软性较好的纸质超级电容器。

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新研制出的纸质电极不会改变织物固有的机械性结构特性,可以出现金属电气传导现象。这种用纸电极制作的超级电容器元件具有表面积大和多孔性结构等特征,从而大幅提高储电容量和输出值。

科技的进步,智能化热潮的风靡,也让电子设备变得愈加丰富多彩。智能硬件、智能手机、智能可穿戴设备也是近年来的潮流,尤其是电子技术的快速进步,更是让这些电子设备朝着轻薄化、多样化、多元化、柔性化方向发展,例如2017年流行的全面屏手机。而在今年,像三星苹果等厂商更是计划研制可折叠、可弯曲的新一代柔性电子产品。 这种充满未来科幻感的柔性电子产品频繁的出现在各种电子展会当中,满足大众对电子产品科技感的想象同时,也指引了电子产品的发展方向,柔性电子显然是未来发展趋势之一。 值得一提的是,柔性电子曾被评为世界十大科技成果之一,更是预测其将带来一场电子技术革命。如今,这场电子技术革命在市场的推动下已经悄然来临,根据调研机构IDTechEx预测数据显示,2018年柔性电子市场为469.4亿美元,到2028年将达到3010亿美元,2011年至2028年间年复合增长率近30%。 广阔的市场前景助推下,柔性电子技术发展也是日新月异,其中柔性电子发展最大的挑战就是与之相适应的柔性储能器件。传统的锂电池、超级电容器是刚性的,在弯曲、折叠时,容易造成电极材料和集流体分离,影响电化学性能,甚至导致短路,发生严重的安全问题。 因此,为了适应下一代柔性电子设备的发展,柔性储能器件成为了近几年的研究热点。OFweek电子工程网小编盘点了近期柔性储能十大技术突破,帮助大家了解柔性储能的发展现状。 1.柔性多功能双极性全固态锂离子电池 2017年10月18日媒体报道称,韩国蔚山国家科学与技术研究院研发了一种新的柔性多功能双极性全固态锂离子电池,解决了基于无机电解质的双极性锂离子电池常见的问题。 据了解,研究人员通过无溶剂干燥和紫外线固化辅助多级印刷技术制备出双极性LIB,并开发了一种新型的柔性不易燃凝胶电解质,从而将其作为核心元件用于印刷电极和印刷固态凝胶复合电解质。而该多级印刷的双极性电池制备技术作为一种高效、可扩展的技术,将双极性全固态电池的发展推向商业化,具有巨大的应用前景。 娱乐城官网,编辑点评:平台游戏,锂离子电池并不少见,现在主流电子都是使用锂电池,不过该项技术可以打破锂电池一直以来刚性的特点,做到柔性多功能双极性无疑是非常大的技术突破。 老葡京开户网址,2.纸质柔性超级电容器 2017年10月24日,美国佐治亚理工学院机械工程学院助理教授Seung Woo Lee和高丽大学化学与生物工程系的Jinhan Cho共同研发了一种纸质柔性超级电容器。该超级电容器使用金属纳米颗粒在纸中涂覆纤维素纤维,创造出具备高能量和高功率密度的超级电容器电极,实现了迄今为止具备最佳性能的基于纺织品的超级电容器。 通过研究测试表明,使用该技术制造的电容器可以折叠数千次而不影响电导率。除此之外,这种金属纸张超级电容器的最大功率和能量密度分别达到15.1mW/cm2和267.3uW/cm2,基本上优于常规纸质或纺织超级电容器。 而它的应用场景也非常丰富,支持可穿戴设备、便携性电子产品等,还可以将柔性电容器与能量收集装置结合,为生物医学传感器、消费电子和军用电子产品等应用供电。

近期,来自美韩高校的研究人员采用一种简单的逐层涂覆技术,开发了一种纸质柔性超级电容器,能为可穿戴设备供电。该超级电容器使用金属纳米颗粒在纸中涂覆纤维素纤维,创造出具备高能量和高功率密度的超级电容器电极,实现了迄今为止具备最佳性能的基于纺织品的超级电容器。

纸张或棉布等材质表面较宽、轻便,而且柔软易于加工,可应用于电器、电子元件,可以制作曲面或穿戴设备的元件,具有很好的应用前景。

编辑点评:与锂电池同理,超级电容器也是刚性的,不易弯曲和折叠。不过该技术从材料的另外一种角度出发,打破常规,研发出了基于纺织品的纸质柔性超级电容器。如果能够进一步解决问题,做到商用,那么很可能会带来变革。

技术背景

关键词:纸张

3.石墨炔高性能柔性电池 2017年10月27日,这一次轮到中国技术大展神威。中科院青岛生物能源与过程研究所新型能源碳素材料团队与中科院化学研究所合作,研发了一种石墨炔基分子材料,改变了传统的电池材料观念,实现了高性能柔性电池的制备。 据了解,该材料在钠离子电池的测试研究中所展现的电化学储钠能力在同类材料中具有领先地位,完全可能成为新一代高性能、柔性储能电池。为我国未来电化学储能器件的研究带来了新视角和新理念,将积极地推动我国十三五新能源和新材料研究规划进展。 编辑点评:石墨炔是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后,一种新的全碳纳米结构材料,具有丰富的碳化学键、大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性,被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。由于其特殊的电子结构及类似硅优异的半导体性能,石墨炔有望可以广泛应用于电子、半导体以及新能源领域。 4.纤维型类固态锂离子柔性电池 2017年11月20日,马里兰大学胡良兵研究团队利用3D打印技术制备了纤维型类固态锂离子柔性电池。该电池可在弯曲状态下保持稳定的电化学性能,未来可与普通织物结合,作为可穿戴电子器件的重要能源存储设备。 值得一提的是,相比起其它复杂精密的技术,这种制备方法非常简单快速。也许其在其它方面还不够完善,但是其提供了量产柔性锂离子电池的新思路,也可有效的应用于其他活性材料体系的柔性一维电池。 编辑点评:利用3D打印技术不得不说是一种新的思路,3D打印技术近年来非常流行,而且其成本和制作成都也都非常方便快速。对于柔性储能器件行业来说,是一个值得思考的方向。 5.柔性固态超级电容器 2017年12月12日,中国科学院电工研究所超导与能源新材料研究部马衍伟课题组采用多级次石墨烯复合电极与离子液体凝胶聚合物电解质,首次开发出具有3.5V电压窗口的高能量密度柔性固态超级电容器。据了解,该研究是电工所团队与西南石油大学教授葛性波合作完成。 据悉,研究人员通过调控电极的微观结构和引入离子液体凝胶电解质,成功制备出具有宽电压窗口的柔性固态超级电容器,有效提升了器件的能量密度。该柔性固态超级电容器充放电10000次循环后,容量仍然可以保持85%以上,连续弯折1000次后容量仍可以保持88%,具有良好的电化学性能和优异的力学耐弯折性能。 编辑点评:石墨烯材料并不陌生,市场上对于石墨烯电池的概念也是耳熟能详,不过目前一直处于技术研发状态。这项技术突破,为今后提高柔性固态超级电容器的能量密度提供了一种有效策略。

能量存储装置通常根据三种指标来判断:能量密度、功率密度和循环稳定性。与电池相比,超级电容器通常具有高功率密度,但是能量密度低,即比电池的存储电量的能力差。为了改善这种情况,美国佐治亚理工学院机械工程学院助理教授Seung Woo Lee及其来自高丽大学化学与生物工程系的合作者Jinhan Cho着手提高超级电容器的能量密度,同时保持其高功率产出。

技术概要

新的纸质电容器技术通过在纸中注入导电和电荷储存材料,产生大的表面积,用作电极的集流器和纳米颗粒储存器。测试表明,使用该技术制造的电容器可以折叠数千次而不影响电导率。

实现过程

研究人员首先将纸样品浸入含有胺表面活性剂材料的溶液的烧杯中,这种溶液用于将金纳米颗粒粘连到纸上。接下来,将纸浸入含有金纳米颗粒的溶液中。由于纤维是多孔的,所以表面活性剂和纳米颗粒进入纤维并变得牢固附着,在每条纤维上形成保形涂层。

通过重复浸渍步骤,研究人员创造了一种导电纸,在其上添加了金属氧化物储能材料的交替层,如氧化锰。这种由配体介导的逐层工艺方法有助于最小化相邻金属和/或金属氧化物纳米颗粒之间的接触电阻。使用在室温下完成的简单工艺,可以构建层以提供所需的电性能。

Lee表示,这基本上是一个非常简单的过程,这种逐层工艺直接在烧杯中交替进行操作,在纤维素纤维上提供了良好的保形涂层,因此可以折叠所得到的金属化纸而不损坏导电性。

上图左侧为普通纸张,右侧为加入金属纳米颗粒的导电纸