面向可穿戴電子的新型柔性超級(jí)電容器方案

研究人員展示了他們?cè)O(shè)計(jì)的一種新型超級(jí)電容器，為可穿戴電子產(chǎn)品提供了潛在的電源解決方案。

脊形設(shè)計(jì)

可穿戴電子產(chǎn)業(yè)目前還處于初級(jí)階段，這一領(lǐng)域的產(chǎn)品往往是新奇的。雖然智能手表和健康監(jiān)視器確實(shí)存在，但它們幾乎不可穿戴，而且體積龐大，難看。如果一項(xiàng)技術(shù)要被認(rèn)為是真正可穿戴的，那么它應(yīng)該像衣服一樣穿著，并且使用起來(lái)很舒服。手表經(jīng)常會(huì)用表帶給皮膚帶來(lái)不適，而戴臂的手機(jī)很重，會(huì)造成明顯的勞損?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品不適用于可穿戴技術(shù)的原因是它們天生就有脊線。支撐微電子器件的芯片是一塊實(shí)心硅，而芯片安裝到PCB上需要被封裝好，以防止對(duì)焊接焊盤(pán)造成損壞。因此，為了使可穿戴電子產(chǎn)品成為現(xiàn)實(shí)，需要能夠隨身體彎曲的電子產(chǎn)品，它們不會(huì)引起刺激，并且足夠輕，不會(huì)成為負(fù)擔(dān)。

一個(gè)可以被認(rèn)為是真正可穿的產(chǎn)品的一個(gè)例子是由一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的智能襪子，它允許糖尿病患者記錄他們足部多個(gè)點(diǎn)的溫度。傳感器被編織到材料中，這種襪子，當(dāng)穿上它時(shí)，它與普通襪子沒(méi)有區(qū)別。然而，記錄感官信息只需要很少的電力，處理信息的電路安裝在一個(gè)嵌入式的容器中。這樣處理電路得以變得靈活，但是電源仍然是脊形的。因此，不僅電子產(chǎn)品需要靈活，電源也需要靈活！

柔性超級(jí)電容器

來(lái)自阿爾托大學(xué)和麻省理工學(xué)院的一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種超級(jí)電容器，它具有高性能、制造成本低、環(huán)境友好和靈活的特點(diǎn)。一般的電池需要使用有機(jī)溶劑或強(qiáng)酸化合物，它們既危險(xiǎn)又不環(huán)保。研究小組開(kāi)發(fā)的超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)利用了石墨烯、鹽和氮，這些都是環(huán)?；衔?。這種電容器分為兩層，頂層由摻氮石墨烯薄片組成，然后懸浮在水凝膠中。底層有NaCl（鹽）懸浮在氫氣中，兩層之間用一層薄薄的絕緣層隔開(kāi)。然后將整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步夾在單壁碳納米管集電器（即單壁碳納米管）中，以形成柔性超級(jí)電容器。

這種超級(jí)電容器的優(yōu)點(diǎn)是充電/放電速度快，壽命長(zhǎng)，這是大多數(shù)電池技術(shù)所面臨的兩大優(yōu)勢(shì)。這使得設(shè)備可以快速充電，同時(shí)還具有與身體一起彎曲的能力，使其成為可穿戴電子產(chǎn)品的理想電源解決方案。環(huán)境因素也為一次性電子產(chǎn)品提供了機(jī)會(huì)，對(duì)環(huán)境的影響最小，同時(shí)也為電力提供了無(wú)毒的解決方案。

“我們制造了一個(gè)原型，在1000次拉伸循環(huán)后，在50%的應(yīng)變下性能不衰減。為了確保低成本和更好的環(huán)境性能，我們使用了基于NaCl的電解液。然而，通過(guò)3D打印或其他先進(jìn)制造技術(shù)的實(shí)施，制造成本可以進(jìn)一步降低?！?/p>

結(jié)論

超級(jí)電容器提供大的能量密度，在低功率應(yīng)用中非常有用。其靈活的能力為設(shè)計(jì)師提供了靈活的儲(chǔ)能設(shè)計(jì)，而擁有一個(gè)環(huán)保的超級(jí)電容器有助于創(chuàng)造安全的產(chǎn)品。然而，超級(jí)電容器，盡管有其優(yōu)點(diǎn)，但由于其高能量密度和快速放電能力，可能是危險(xiǎn)的。因此，對(duì)于用于可穿戴電子產(chǎn)品的超級(jí)電容器，需要考慮安全措施。