物理学家组织网站 1 月 18 日报道,现在,美国亚特兰大(Atlanta)佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)王中林(Zhong Lin Wang)和韩国三星电子公司金钟闵(Jong Min Kim)领导的一个小组,已经引入了一种样品,用以制备弹性能源存储设备,可以加工成纺织品。科学家们在《应用化学》(Angewandte Chemie)杂志报告说,这种超级电容器的制备采用非常特殊排列的氧化锌纳米线,这些纳米线生长在常规纤维上。
虽然更小更轻的元件不断被开发出来,大多数器件对于能源生产和储存仍然过于笨重,原因在于日益微型化的电子器件,未来就是这样。超级电容器是一种有趣的替代品,可替代电池和充电电池,用于能量储存。它们充电几乎可以无限进行,而且超快;然而,以往的样品都还不是弹性的,或者是不够轻便。
该研究小组已经开发出的原型,可用于高效的纤维质电化学微型超级电容器,它使用氧化锌纳米线做电极。这种基质用于一个电极,是一种弹性的精制塑料丝;用于另一个电极的基质是一种纤维,由芳纶(Kevlar)制成。芳纶这种材料可用于制作防弹背心。研究人员能够生长氧化锌纳米线,在每一种基质上都可以。增加涂层可采用的一些材料,像黄金和锰氧化物,都可进一步提高电荷电容。借助镊子,研究人员随后用芳纶纤维包裹了每根塑料丝。这个组装品随后嵌入一种固态凝胶电解质,这就隔开了两个电极,可进行必要的电荷传输。一束这样的纤维可以进行加工,制成一根线。
氧化锌具有特殊的优势,胜过传统的超级电容器材料:它可以生长在任何所需的衬底上,以任何形式生长,可以适应低温(低于100℃),而且它既具有生物相容性也环保。
一个特别有趣的应用是使用这些新的电荷存储介质时结合弹性纤维纳米发电机(nanogenerators),这种发电机是王中林和他的团队以前开发的。穿戴者的心跳和脚步,甚至是一缕轻风,都足以使压电氧化锌纳米线在纤维中产生电流。
在这种形式的“发电衬衫”中,这样的一种系统可以提供足够的电流,驱动于小型电子装置,比如移动电话或小型传感器,就像那些用来警告消防员防范毒素的传感器。
衬衫发电取代电池
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