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柔性可穿戴电子设备取得突破,外形可设计的柔性的高压微超电容器

发布时间:2018-12-06 访问次数:303次 来源: 分享:

随着近年来小型智能化的可穿戴电子设备的发展,人们对储能器件提出了微型化柔性化的迫切要求。微型超级电容器因为高功率密度和长的循环使用寿命而备受青睐。但是传统的微型超级电容器和电池通常是三明治结构,体积大、重量重、灵活性有限、形状固定,而且大量导电金属线串联提供高压输出,给设备连接带来巨大不便,因此,无法满足未来电子器件的柔性化和集成化的严格要求

近年来,具有平面几何结构的微型超级电容器作为一种具有竞争力的薄片电源得到了广泛的关注。尽管在这个领域取得了相当大的研究进展,但是具有高压的微型超级电容器仍然具有相当的难度。制造成本昂贵在其次,主要是单个微型超级电容器电压的输出电压和电流有限,无法满足电子器件对高电压高电流的要求。而借助多个电子器件串联或者并联起来调节电压或者电流则需要借助于金属连接体,这样就导致集成过程变得复杂,而且降低了超级电容器的柔性。因此,将包括集流体、微电极、导电连接体及电解液在内的电容器器件部分集成在同一基底上的平面微型超级电容器吸引了科学家们的注意。但是,目前还没有实现快速、可伸缩的高压集成电路制造的方法。

图/柔性可穿戴电子设备

近日,中国科学院大连化学物理研究所的吴忠帅团队和金属研究所的任文才团队合作,开发了一种通用、高效、工业适用的制造高度集成化石墨烯基微型超级电容器的方法。这种方法采用丝网印刷的方式,可以快速、可伸缩地制造出基于石墨烯的平面的微型超级电容器,制造出的电容器具有形状多样性、美学通用性、突出的灵活性和优越的模块化等特点。

图/新型微型超级电容器科技论文

联合研究团队使用一种高导电性的石墨烯墨水,在几秒钟内直接打印出形状可设计的微型超级电容器。这种电容器由数百到数千个独立的微超电容器组成,位于任意的基底上如柔性塑料基底、衣服、玻璃、A4纸)。这种方法生产出来的集成微型超级电容器不需要外部的金属电流收集器、互连器和分离器,具有特殊的电双层电容特性和显著的灵活性。

图/柔性可穿戴电子设备

研究发现,制造出来的一组集成了130个微型超级电容器的储能模块可以输出超过100v的电压,证明了这种集成的微型超级电容器优越的模块化和性能一致性,是目前可打印超级电容器中报道的最高值。最重要的是,采用丝网印刷方式,采用石墨烯导电油墨同时作为模块化超级电容器的微电极和导电连接体,同时做到了从几个到几百个微型超级电容器的大量集成,这也就意味着可以根据实际应用需要,对电流和电压进行有效地控制。

图/制备的各种集成微超电容器

这种集成微型超级电容器的方法,不需要使用昂贵地设备和苛刻的条件,性价比高,效率高。而由此制造的集成电容器灵活性强,形状多样,美观性强,而且可随意弯曲,不需要任何金属连接体,在未来,不仅在柔性可穿戴电子设备,而且在其他未来的印刷电子产品上都具有巨大的应用前景