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物理科学与技术学院彭尚龙副教授等
在Advanced Energy Materials发表重要研究成果

【来源:科技处 | 发布日期:2017-05-27 | 作者:成果办 】     【选择字号:

   近日,兰州大学物理科学与技术学院彭尚龙副教授等在国际权威期刊Advanced Energy Materials在线发表题为“Flexible and Wearable All-solid-state Supercapacitors with Ultrahigh Energy Density Based on a Carbon Fiber Fabric Electrode”(中文题目:基于碳纤维布具有超高能量密度的柔性可穿戴全固态超级电容器)的重要研究成果 (Qin et al, 2017, DOI:10.1002/aenm.201700409)。论文第一作者是彭尚龙副教授指导的研究生秦天锋,通讯作者是彭尚龙副教授,合作通讯作者是美国华盛顿大学的曹国忠教授,第一署名单位为兰州大学。Advanced Energy Materials是国际权威期刊Advanced Materials的子刊,2016年该期刊的影响因子是15.23。本论文同时还被编辑推荐为该杂志的封面。该成果的发表标志着我校在柔性可穿戴能量储存器件实用化的探究中迈出了重要的一步。

  近年来,随着现代科学技术的发展,越来越多的便携式、可穿戴柔性电子产品出现在人们的生活中,电子产品逐渐向小巧、可穿戴、可折叠和柔性方向发展,这就要求为电子产品提供能量的储存器件具有质轻、柔性且高性能等特点。在众多储能器件中,超级电容器,尤其是柔性全固态超级电容器由于具有可快速充放电、高的功率密度、超长的循环寿命、安全环保和优良的力学性能(可在任意变形时仍保持良好的电化学性能)以及宽的使用温度范围等优势,而吸引了越来越多人的关注。但是,超级电容器有限的能量密度极大地限制了其应用领域。为了进一步拓宽超级电容器电位窗口、提高电荷储存能力、突破能量密度极限,以及开发新的柔性、可穿戴电容器,成了人们目前研究的重点。

  电极材料作为超级电容器重要组成部分之一,担负着能量存储和实现器件柔性可穿戴的多重功能。而传统的电极材料是由集流体和电活性材料构成,一般选用的是硬质金属,这成为实现柔性电极的障碍之一。集流体扮演的是传导电子的作用,而电活性材料扮演的是电化学存储电荷的角色,一般是将导电剂、粘结剂和活性材料一起制备成浆料涂覆在集流体上。常规的储能器件在高频重复弯折或扭曲时,都会使得活性材料从集流体上剥落,最终导致储能器件的失效和智能电子产品的报废。针对以上存在的问题,该研究小组设计了集电子传导和电化学储能双重功能于一体的柔性高性能电极(碳纤维布),并采用全固态电解液(聚乙烯醇/氯化锂),组装了柔性可穿戴的全固态碳基超级电容器。由于电极材料良好的电化学和机械性能,制备的全固态柔性可穿戴超级电容器展现出了良好的柔性、高的能量密度和较长的循环寿命。而且制备的碳纤维布具有与日程生活中使用的布一样的透气性,能满足可穿戴的需求。此外,我们将制备的柔性全固态超级电容器做成手腕状,并和智能电子手表集成在一起驱动了电子手表长达9个小时,展现出很好的实际应用价值。

  在柔性可穿戴智能电子产品飞速发展的背景下,该研究工作采用简单易工业化的方法获得了一种柔性且透气的高性能碳纤维布,同时也解决了器件在高频弯折或扭曲的情况下活性物质剥落进而导致整个电子产品报废的难题。此外,此研究成果对高性能器件的设计和优化具有重要的参考价值,并为柔性可穿戴储能器件的发展奠定了一定的基础。

  此项研究得到了国家自然科学基金资助号:61376011的资助。

http://news.lzu.edu.cn/c/201705/44004.html

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