全固态超级电容器具有安全系数高、结构简单、易于封装等特点,在便携式、穿戴式电子产品中具有广泛的应用前景。武汉光电国家实验室(筹)能源光电子功能实验室周军教授研究组博士研究生肖旭等人首先用柔性、可编织、高导电的碳纤维(直径约8微米)与高锰酸钾溶液直接反应,获得碳纤维/二氧化锰核壳复合材料,利用两根这种复合纤维材料就可以制备出对称结构的全固态柔性超级电容器。测试表明,器件体积电容达可达2.5 F/cm3,能量密度可达0.22 mWh/cm3,并具有在高扫速下工作能力(可达20 V/s)。此外,该器件还可以通过简单的串联或并联,满足不同工作电压及能量需求。在上述基础之上,他们还将这种柔性超级电容器件与由聚合物组成的柔性机电转换器件集成为一个柔性能量模块。将这种柔性能量模块绑在手指或手腕上,可以将手指或手腕运动所产生的机械能转换为电能并存储起来,最后实现对商用小型电子器件如发光二极管(LED)和液晶显示屏(LCD)的驱动。该工作于近日发表在美国化学学会杂志ACS Nano(IF:10.774)上(ACS Nano, 2012, DOI: 10.1021/nn303530k)。
该研究工作得到了国家自然科学基金、高等学校全国优秀博士学位论文作者专项基金、教育部新世纪优秀人才支持计划等基金的支持。
图 (a) 单个超级电容器(2根纤维)与三个串联的超级电容器(6根纤维)的恒流充放电曲线,插图为三个串联的超级电容器的示意图;(b) 超级电容器电容大小与电极部分纤维根数的对应关系。插图为由50根纤维为一组做成的电极,进而制备的超级电容器的照片;(c) 能量模块点亮LED的照片。
(责任编辑:陈智敏)