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《産業用紡織品》
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行業科普
一種可縫制、可編織和可水洗的智能儲能纖維
時間:2020年10月10日

隨著可穿戴電子産品的快速發展,人們急需柔性好、可伸縮、高性能、兼具舒適性和耐用性的儲能設備。重量輕、體積小、結構多樣的纖維狀儲能設備成爲人們研究的熱點,並被認爲是解決可穿戴電子産品續航差的有效方法。

 

 

目前,锂离子电池、锂硫电池、原电池和超级电容器等一维线性电源的开发工作已经取得了很大进展。其中,纤维状水性锌电池(AZBs)具有比容量高(825 mA/g)、原料丰富、成本低、安全性高和柔性好等优点,能够作为可穿戴电子产品的储能设备。然而,纤维状水性锌电池缺乏高容量和稳定的正极材料,而且目前生产的纤维状电池很少能提供纺织加工所需的机械性能,很难进行大规模生产。

 

 

近日,中國工程物理研究院化學材料研究所的研究人員受到聚多巴胺(PDA)強黏合力和氧化還原活性的啓發,以PDA爲活性材料和納米黏結劑,開發出可縫制、可編織和可水洗的儲能纖維。該儲能纖維還表現出高柔韌性和高抗強度,可以直接用來制備可穿戴的儲能紡織品,這爲可穿戴電子器件的開發提供了新途徑。相關成果以“Bioinspired Interface Design of Sewable, Weavable, and Washable Fiber Zinc Batteries for Wearable Power Textiles”爲題發表在Advanced Functioned Materials上。

 

基于柔性AZBs的儲能紡織品的制備示意圖及PCNF性能表征

 

研究人員選擇碳納米管纖維(CNF)作爲碳基質,將CNFs放入多巴胺溶液中,使得多巴胺在CNF表面形成聚多巴胺(PDA),將PDA包覆的CNFs作爲陰極(PCNF)。將制備好的PCNF和鋅絲通過織機織成織物,制成儲能紡織品。塗刷聚乙烯醇(PVA)凝膠電解質後,該儲能紡織品可以爲各種電子設備供電。

 

不同熱處理溫度下,PCNF電極的耐電解質和電化學性能比較

 

爲了去除殘留的多巴胺,並且提高PCNF中具有氧化活性的醌基的比例,研究人員對聚合得到的PCNF樣品分別在不同溫度下進行熱處理。研究結果表明,熱處理溫度爲300℃時,PCNF電極的耐電解質和電化學性能優良。

 

熱處理溫度爲300℃時,PCNF電極的電化學性能及FT-IR和XPS表征

 

研究人員通過縫紉機將儲能纖維縫制成特定圖案的儲能紡織品,不管在彎曲還是洗滌條件下,該儲能紡織品均能爲各種電子産品穩定供電。

 

基于柔性AZBs縫制和機織的儲能紡織品的示意圖及應用性能

 

(來源:紡織導報官微)

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