最近,我校纺织学院俞建勇教授、李发学副教授与美国特拉华大学邹祖炜(Tsu-Wei Chou)教授合作,发表的论文“Stretchable Wire-Shaped Asymmetric Supercapacitors Based on Pristine and MnO2 Coated Carbon Nanotube Fibers”被国际纳米材料领域知名学术期刊ACS Nano接收(ACS Nano2015, 9, 6088-6096)。
近几年,智能纺织品领域引起了国内外学者的广泛兴趣。新兴的线形超级电容器能灵活地与成熟的纺织技术结合,在发展可服用的轻质、微型、便携电子器件方面具有显著优势。值得注意的是,在服用过程中,各种外力(特别是拉伸)不可避免。因此,实现可拉伸性是迈向电子系统可服用性的重要一步。然而,制备同时具有强健机械拉伸性和优异电化学性能的线形超级电容器,仍然极具挑战。
可拉伸柔性超级电容器
论文将非对称的结构应用在线形超级电容器中,使超级电容器电压范围从0.8 V扩展到1.5V,且装置的能量密度和功率密度分别是对应非对称超级电容器三倍和两倍。非对称线形超级电容器由作为正极的MnO2/CNT复合纤维,作为负极的气凝胶CNT纤维以及作为电解质的KOH-PVA凝胶组成。利用Dow XLA弹性纤维作为基体以及“先预拉伸-后屈曲”的方法,赋予了其100%可拉伸性。这个非对称的可拉伸超级电容器具有较高的比电容157.53 µF cm-1 (扫描速率为 50 mV s-1时),较高的能量密度(17.26–46.59 nWh cm-1)和功率密度(7.63–61.55 µW cm-1)。引人注意的是,高达100%的循环拉伸应变仅它的电化学性能造成了微小影响。另外,经过10000次的恒电流充放电循环,比电容仍然保持了99%以上,表明良好的长期循环稳定性。非对称的结构被证明是一种优异的超级电容器的结构,用以达到较高的工作电压和高能量密度,而不牺牲功率及循环稳定性。