輕質超薄讓這款超電容能夠嵌入服裝,為電子產品充電
本報天津消息(記者張熙通訊員朱寶琳)移動互聯網時代,智能手機等設備的屏幕越做越大,研發可卷曲、可折疊的便攜電子產品已成為趨勢。然而,固定形狀的電池限制了可折疊電子產品的發展,亟待開發相應的柔性儲能器件。日前,天津大學趙乃勤教授課題組與天津工業大學康建立教授合作,研發成功了迄今最薄的碳納米材料薄膜超級電容器,其厚度僅為約30微米,相當于A4紙的三分之一,柔韌、輕盈,是可穿戴設備的理想電源。
“輕質超薄”是這款超電容的顯著特點
為獲得更高的器件綜合性能,該研究團隊從器件結構優化設計出發,使其兼具超高能量密度和功率密度。他們先采用化學氣相沉積法一步制備了一種柔韌多孔碳納米纖維/超薄石墨層雜化薄膜,再以固態電解質封裝兩片雜化薄膜得到全固態自支撐薄膜超電容。
該超電容厚度只有A4紙厚度的三分之一左右,且有很好的柔韌性。經過優化結構設計,該器件整體的體積能量密度和功率密度,比目前已報道的同類超電容可以高出幾個數量級(即性能更優,“身材”更小但“能量”更大),這對于空間有限的微電子器件來說尤為重要。該超電容每平方米重量僅為58克,未來可將多片超電容嵌入到衣服中,使得平時穿的衣服變成可以給電子產品供電的“電源”,穿在身上幾乎不增加負重,且便于攜帶。
同時,整個器件還具有很好的抗變形性和循環穩定性,充放電循環5000次后電容量還保持在96%以上(而鋰電池在充放電循環1000次
左右后電極性質會發生變化,使用中會出現電量不足的情況)。此外,關于鋰電池的安全問題。該超電容采用全固態設計理念,當其遭受撞擊或者損壞時不會有液體外泄情況發生,極大程度上提高了產品的安全性。該超電容同時具備一般超電容使用壽命長、充放電速度快等優勢,在可穿戴電子器件和微器件領域具有很好的應用前景,成果實現產業化后將會有力推進相關電子產業的升級換代。
新聞背景:
超電容一直存在著能量密度不高的缺陷,導致相應電子產品如電容車、智能手機、智能手表等的續航能力不夠強,需頻頻充電。近年來,大量具有超高比電容的電極材料見諸報端,其能量密度甚至超過鋰離子電池,但這些結果大多是相對于電極材料而言的,而基于包含了集流體、隔膜、電解液和封裝體等整個器件(電容器)而言,能量密度則就變得平淡無奇了。
只要是產品就會有優缺點,超電容本身的缺點就是電量沒有鋰電池高,也就是續航能力沒有鋰電池高。但續航能力是個相對概念,如果在允許的空間內能盡可能多地把柔性超電容串并聯(比如攤開嵌入衣服里),那么整體的續航能力可能會趕上甚至超過鋰電。所以這個續航能力目前還沒有可比性。
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