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研究背景：
随着轻量化、微型化、高度集成化以及可穿戴、可植入式的电子器件的发展，开发小型的、柔性的、具有高容量的储能器件具有重要的意义。超级电容器因其具有高功率密度、稳定的循环性能、快速充放电等优点，使得他们更适合作为微电子设备的储能器件。柔性微型超级电容器在紧凑的设计、平面结构和简单的系统集成方面是新一代柔性微型储能器件的代表，可以轻松实现与人体集成，用于健康监测、智能织物、柔性显示和电子皮肤传感器等前沿应用。通过串并联微型超级电容器，可以方便地调节输出电压和容量，以满足不同电子电路的需求，因此，可拉伸的微型超级电容器被认为是下一代可穿戴电子设备的关键储能设备。电力电容器https://www.cookekolb.com库克库伯电气(上海)有限公司30余年专注无功补偿及谐波治理等电能质量问题。在电力电容器,滤波电容器,自愈式电力电容器,滤波电抗器等产品上有专业的技术和优质的客户服务。400-607-8886！
文章概述：
近日，南京大学现代工程与应用科学学院孔德圣教授和陆延青教授课题组联合报道了一种基于MXene材料的可拉伸微型超级电容器，可以实现800%的超大面积形变，面积比容量达到185mF cm-2，具有稳定优异的电化学性能和良好的机械拉伸性能，为提高基于二维纳米材料的微超级电容器的可拉伸性提供了一种设计思路。
MXene?是一类二维过渡金属碳氮化合物，具有金属导电性、亲水性、较高的功率密度以及优异的可加工性，是兼具有双电层电容和赝电容两种储能机制的优秀的超级电容器电极材料。通过真空抽滤得到MXene薄膜，在表面真空蒸镀一层Au集流体以提高叉指微型超级电容器的倍率性能，将复合薄膜转移到预拉伸丙烯酸弹性基底上，释放应力，回缩形成褶皱结构，再通过红外激光选择性烧蚀得到叉指电极。PVA-H3PO4作为凝胶电解液均匀覆盖在平面电极上，该微型超级电容器在扫速为2.0 mV s-1时的面积比容量高达185 mF cm-2并且在?10000次充放电循环后具有良好的电化学循环稳定性，可以实现800%的面积形变并基本保持84.4%容量。除了可以实现超大的静态拉伸形变，设计的微型超级电容器在1000次动态拉伸循环中也保持稳定的充放电能力和循环后较好的容量保持。该可拉伸微型超级电容器可以很容易的实现多个单元的串联和并联，以实现调整输出电压和总的电容的目的。成功组装了一个包含LED阵列和四个微型超级电容器单元的自供电系统，实现在?800%面积应变下的稳定运行。MXene微型超级电容器具有优异的电化学性能和超高的机械拉伸性能，是在贴肤集成传感器、智能可穿戴设备和柔性机器人等新兴领域是有广阔前景的储能设备。
图1?MXene可拉伸微型超级电容器的制备与表征。（a）MXene可拉伸微型超级电容器的工艺流程示意图；（b）微型超级电容器在面积应变为0%(上)和800%（下）的光学图像；（c）对应的叉指电极微观结构的光学显微图像，0%(左)和800%(右)。
图2?（a）MXene和MXene/Au复合电极的微型超级电容器在50 mV s-1扫速下的循环伏安（CV）曲线；（b）两种超级电容器基于CV曲线计算的在不同扫速下的面积比容量变化；（c）两种超级电容器在完全松弛状态下交流阻抗（EIS）图谱的尼奎斯特图。
图3?MXene薄膜厚度对微型超级电容器机械和电化学性能的影响。（a）不同厚度MXene薄膜的褶皱电极的SEM图像；（b）可拉伸MXene电极在0%(上)和800%(下)面积应变下四探针电阻测量的光学图像；（c）不同厚度电极经过1000次拉伸-松弛循环到800%面积应变的电阻变化；（d）初始状态和拉伸1000次循环后的容量对比。
图4微型超级电容器在静态和拉伸条件下的电化学性能。MXene微型超级电容器（a）在2.0 ~ 100 mV s?1扫速下的CV曲线；（b）在1.0 A g-1的电流密度下充放电（GCD）循环10000次的电容保持；（c）在不同面积应变下20mv s?1扫速的CV曲线；（d）在不同面积应变下的容量保持；（e）在不同拉伸循环次数下的容量保持；（f）在静态和动态拉伸循环状态下的GCD曲线，应变率分别为20%、40%和60% s-1时动态拉伸过程对应的面积应变随时间的变化。
图5可拉伸微型超级电容器集成自供电可穿戴系统。（a）串联和并联的MXene微型超级电容器示意图；（b）串联多个MXene微型超级电容器在1A g-1的电流密度下的GCD曲线；（c）并联多个MXene微型超级电容器在1A g-1的电流密度下的GCD曲线；（d）可穿戴自供电系统示意图；（e）可穿戴自供电系统在0%(左)和800%(右)面积应变下的图像；（f）可穿戴自供电系统穿戴在人体手腕上正常工作展示图。
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发表于 2023-12-31 19:07:43
