日本汽车后视镜项目欲寻找合作伙伴落户中国

黑磷复合纤维无纺布电极可构筑柔性超级电容器

2018-11-09 16:05:23     来源:高分子科学前沿

近期,新能源储存技术在科学研究、工业化生产等领域受到了广泛的关注,特别是在未来高端智能化的可穿戴设备行业(年产值280亿美元)。为了满足智能可穿戴市场供能的需求,开发具有轻质、高柔性、可折叠、高能量密度的储能设备是该领域的重大挑战及攻坚课题。


针对上述挑战,南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、化工学院陈苏教授和武观老师,在国家自然科学基金的资助下,通过微流控纺丝技术,利用捷纳思微流体纺丝机,制备黑磷复合纤维无纺布电极,并将其构筑具有高能量密度输出的柔性超级电容器。


通过在二维黑磷(BP)片层桥接一维碳纳米管(CNTs),增加黑磷片层间的电子传导、机械稳定性、离子扩散通道和氧化还原作用,从而促进离子在电极-电解质层界面处更快的传输及更多的累积。得益于这种异质结构和微流体纺丝的设计,获得基于无纺布电极的超级电容器表现出较高的能量密度和稳定形变供能能力,并成功实现为LEDs、智能手表、彩色显示屏等电子器件供能的应用。该方法不仅为先进电极材料的设计提供新思路,还极大促进柔性超级电容器在可穿戴电子领域的发展,有望取代微电池并广泛应用于新能源能量存储领域。该研究成果于近日发表在被国际重要刊物《Nature Communications》上。“Microfluidic-spinning construction of black-phosphorus-hybrid microfibres for non-woven fabrics toward a high energy density flexible supercapacitor, 2018, 9: 4573.”

黑磷复合纤维无纺布电极可构筑柔性超级电容器

图1. (a) BP-CNTs的合成以及钝化示意图;(b) 基于微流体纺丝技术制备黑磷复合纤维无纺布示意图;(c) 柔性超级电容器的构筑及应用示意图。

黑磷复合纤维无纺布电极可构筑柔性超级电容器

图2. (a)和(b) 在高低倍镜下的BP-CNTs的TEM图;(c) 高分辨率BP-CNTs的TEM图;(d), (e)和(f) 高倍镜下的BP-CNTs的EDS元素分布图;(g), (h)和(i)在高、中和低倍镜下BP-CNTs的SEM图;(j) BP的XPS元素分析图;(k) BP-CNTs的XPS元素分析图;(l) CNTs/BP和CNTs/BP-CNTs的孔径分布图。

黑磷复合纤维无纺布电极可构筑柔性超级电容器

图3. (a) 微流体纺丝技术制备黑磷复合纤维无纺布电极示意图以及弯曲性能图;(b), (c)和(d) CNTs, CNTs/BP和CNTs/BP-CNTs三种电极结构示意图;(e) 扫描速率为10mV s-1下柔性超级电容器的循环伏安曲线图;(f) 电流密度为0.1A cm-3下柔性超级电容器的充放电性能图;(g) 柔性超级电容器的电容性能对比图。(h)柔性超级电容器的阻抗分析对比图;(i) 柔性超级电容器的循环寿命性能对比图;(j) 无纺布电极超级电容器与其他电极超级电容器的能量密度与功率密度对比图。

黑磷复合纤维无纺布电极可构筑柔性超级电容器

图4. (a) 电流密度为0.1A cm-3下柔性超级电容器的弯曲状态循环稳定性图;(b)扫描速率为10mV s-1下柔性超级电容器的形变稳定性图;(c) 不同弯曲角度下,柔性超级电容器为LEDs的形变供能图;(d) 柔性超级电容器为智能手表供能图;(e) 两个电容包串联为彩色显示屏供能图。

黑磷复合纤维无纺布电极可构筑柔性超级电容器

图5. (a) 柔性超级电容器的结构原理图。(b) 柔性超级电容器与其他电容器的能量密度对比图。(c)三种不同结构电极的电荷分布图。(d)三种不同结构电极的电荷精确分布图。

我来说几句

* 获取验证码
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~

为您推荐

​怎样使用手机支付?手机支付的好处
​怎样使用手机支付?手机支付的好处
01月18日 15:44   手机支付
越南航空公司Bamboo Airways首架空客A321neo客机完成首航
越南航空公司Bamboo Airways首架空客A321neo客机完成首航
01月18日 14:55   空客  客机  飞行
韩国2018年12月半导体出口额较上年同比减少9%
韩国2018年12月半导体出口额较上年同比减少9%
01月18日 14:37   半导体  出口
苹果今年上半年将推出iPad mini 5和新入门级iPad
苹果今年上半年将推出iPad mini 5和新入门级iPad
01月18日 13:28   苹果  iPad  
华为新机MRD-AL00通过工信部入网许可
华为新机MRD-AL00通过工信部入网许可
01月18日 13:18   华为  工信部  入网
努比亚红魔Mars 10/256GB内存款仅在官网发售,售价3999元
努比亚红魔Mars 10/256GB内存款仅在官网发售,售价3999元
01月18日 12:46   努比亚  内存  红魔
哈啰出行宣布顺风车车主注册数量破百万
哈啰出行宣布顺风车车主注册数量破百万
01月18日 10:45   哈啰出行
​华人运通与中国智行签署合作,共同加速推动未来出行的变革
​华人运通与中国智行签署合作,共同加速推动未来出行的变革
01月18日 09:22   ​华人运通  中国智行  5G
​博泽与Vayyar合作将传感器系统集成至车内外应用驱动系统中
​博泽与Vayyar合作将传感器系统集成至车内外应用驱动系统中
01月18日 09:16   ​博泽  Vayyar  传感器
太空探索:卫星和飞行器发展方向
太空探索:卫星和飞行器发展方向
01月17日 18:49   卫星
海信收购Gorenje加强品牌市场定位
海信收购Gorenje加强品牌市场定位
01月17日 18:28   海信  家电
2018年一加新款旗舰智能手机销量极佳
2018年一加新款旗舰智能手机销量极佳
01月17日 18:04   一加  手机  销量
聊天宝或遭遇腾讯系进一步封杀
聊天宝或遭遇腾讯系进一步封杀
01月17日 14:22   聊天宝
蒂姆⋅库克:Apple Watch Series 4可检测佩戴者的心房纤颤(AFib)症状
蒂姆⋅库克:Apple Watch Series 4可检测佩戴者的心房纤颤(AFib)症状
01月17日 14:14   蒂姆⋅库克  Apple Watch Series 4
韩国电信将为首尔试运行的公交车乘客提供5G移动网络服务
韩国电信将为首尔试运行的公交车乘客提供5G移动网络服务
01月17日 12:38   电信  5G  移动  网络
微软打算在win10任务条中把小娜搜索剥离系统
微软打算在win10任务条中把小娜搜索剥离系统
01月17日 12:23   微软   win  系统
全球首个铁路智能信号灯系统