原創(chuàng)： 南工大陳蘇課題組

第一作者： 程恒洋 ；通訊作者：武觀、陳蘇       
通訊單位： 南京工業(yè)大學論文DOI：10.1002/anie.201911023   

摘要

使用液滴微流控反應(yīng)的方法，通過組成基元在微液滴限域空間內(nèi)快速反應(yīng)，從而連續(xù)制備均一有序結(jié)構(gòu)的微-介孔碳骨架納米雜化電極材料。同時，針對電極力學性能差和難以規(guī)模化制備等難題，首次開發(fā)微流體氣噴紡絲方法，大規(guī)模制備具有高導電性和高力學性能的纖維基超級電容器電極材料。

背景介紹

如何用先進有序微結(jié)構(gòu)材料實現(xiàn)新能源器件的高性能化是能源化工領(lǐng)域前沿課題之一。其中，構(gòu)筑具有高能量密度、大形變穩(wěn)定供能、高柔性編織、自供能等性能的纖維基超級電容器被寄予厚望，它對促進可穿戴電子產(chǎn)業(yè)進步具有重大意義。然而，由于纖維基材料微結(jié)構(gòu)重復性差、難以調(diào)控、成分不均一及規(guī)?；苽淅щy等，造成器件中電荷遷移速度慢、累積總量少、能量密度低等缺點，一直是該領(lǐng)域的瓶頸。

本文重點

結(jié)合微液滴合成和微流體氣噴紡絲方法，實現(xiàn)對納米雜化電極材料組成和結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，以及柔性纖維基超級電容器電極的規(guī)?；苽?，為柔性可穿戴產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供新途徑。

圖文解析

圖1. 微流體氣噴紡絲機

圖2. (a) 微液滴法制備微介孔碳骨架納米材料示意圖；(b) 單個液滴不同反應(yīng)時間的光學照片。

圖3. (a) 微流控氣噴法大規(guī)模制備柔性纖維基電極示意圖；(b~d) 不同紡絲液中活性材料含量（3wt %，5wt %，8 wt %）制備得到纖維的直徑分布圖；(e) 不同紡絲液濃度纖維電極的平均直徑、電導率與延伸率的關(guān)系；(f) 所制備的柔性纖維基電極照片和纖維的SEM圖像。

圖4. (a) 超級電容器的構(gòu)筑及其應(yīng)用示意圖；(b) 不同組分構(gòu)筑的電極結(jié)構(gòu)示意圖，基于 MOFs 得到的碳多面體單層化學結(jié)構(gòu)示意圖；(c) 不同電極組裝的超級電容器的 CV 循環(huán)曲線圖；(d) 不同電極組裝的超級電容器的充放電曲線圖；(e) 不同電極組裝的超級電容器的比電容值；(f) 不同電極組裝的超級電容器的阻抗分析。

圖5. (a) 超級電容器不同彎曲角度下的電容保留率；(b) 超級電容器不同形變下的充放電曲線圖；(c) 柔性超級電容器嵌于織物實現(xiàn)對智能衣物供能；(d) 柔性超級電容器結(jié)合太陽能電池得到的自供能系統(tǒng)。

總結(jié)與展望

本工作創(chuàng)新性地將微液滴合成方法與微流體氣噴紡絲技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)對多孔結(jié)構(gòu)導電納米材料組成和結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，以及柔性纖維電極的規(guī)?；苽?。該方法簡單、高效，對于規(guī)模化制備柔性導電纖維材料以及其在可穿戴器件方面的應(yīng)用具有指導意義。

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文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201911023

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