有了微型超级电容,可穿戴要什么样的电池都行

2015-12-24 14:53:00
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       美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University;CWRU)的研究人员开发出一种软性的线形微型超级电容(microsupercapacitor),可织入于外套、衬衫或衣裙中,从而为可穿戴式电子设备创造出量身打造的电源。

       透过设计或以串联/并联的方式连接电容器,该组件可被量身打造成为搭配可穿戴设备所需的充电储存与传输。

       尽管像随身摄影机、智能眼镜、监测健康传感器与活动追踪器等穿戴式电子产品持续进展,但仍面临一项挑战——只能提供很少且充电麻烦的电源。

线形的微型超级电容器无需弯曲,即可织入白色织品中

Source:CWRU

       “服装的大小是固定的,因此,为了在较小区域产生所需的功率密度,我们在作为主要电极的钛在线生长径向校准的氧化钛纳米管,”凯斯西储大学高分子科学与工程Kent Hale Smith教授戴黎明表示,“藉由增加电极的表面积,就能提高电容值。”

       戴黎明与凯斯西储大学分子科学与工程系博士后研究员Tao Chen在最新一期的《能量储存材料》(Energy Storage Materials)期刊中发表了他们在微型超级电容的研究成果。

       电容与电池是系出同门的储能组件,但电容提供了更快充电和放电的优点。

       在这款新开发的超级电容器中,在调整过的钛在线覆以由聚乙烯醇和磷酸制造的固体电解质涂层,再用纱线或排列整齐的碳纳米管薄膜包覆钛线,作为次电极。氧化钛纳米管是一种半导体,可两电极的两个主动部份区隔开来,以免发生短路。

       在进行测试时,当碳纳米管线纱股线从1增加到2再到3时,电容每微米(mm)的储电能力也从0.57毫法拉(mf)增加到0.9mf,再增加到1.04mf。

       而当以碳纳米管薄层包覆时,增加了电极的有效面积,使微型超级电容每微米可储存1.84mf 的电量。能量密度约为每立方公分0.16 x 10-3mW,而功率密度约为每立方公分0.01mW。

       无论是否包覆线纱或薄层,微型超级电容在经过1,000次充放电周期后,仍能保有至少80%的电容。研究人员表示,为了搭配可穿戴设备的各种特殊电源需求,这种线形的电容器能以串联或并联的方式提高电压或电流。

       当经过几百次的180度弯曲后,该电容器仍可展现毫无损耗的性能。而且采用薄层包覆的方式更能展现较高的机械强度。

       戴黎明说,“这种微型超级电容十分轻柔,因此能整合于织物或纺织材料中,为可穿戴设备提供可穿戴的软性电源,而且也可用于自供电生物传感器或其他生医装置,特别适于人体内的应用。”

       目前,研究人员正着手将线形电容织入纺织物中,并进一步使其与可穿戴设备整合。

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updated: 2022-01-24 00:03:56