博文

“高颜值”可穿戴超级电容器：改性聚氨酯人造革电解质提高可穿戴性

已有 4238 次阅读 2019-4-17 13:13 |系统分类:论文交流| TiO2纳米管阵列, 光电化学, 异质结, 水分解

【引言】

可穿戴储能器件 是可穿戴电子设备的关键组成部分。尽管一般用于可穿戴设备的超级电容器都设计成可编织线状结构，但由于聚电解质层的存在（厚度远大于100 μm）大大降低了舒适性和可穿戴性。

本文亮点

1 将能量储存和皮革工业相结合，制备了一种可穿戴、易转移、能发荧光的人造革超级电容器，解决了传统超级电容器因存在电解质层的穿戴舒适性难题。

2 用无害的NaCl和离子功能团修饰了人造革主要成分聚氨酯，使其同时具有电解质层的作用。

3 这种具有荧光的人造革超级电容器可以方便地从任何基底转移，形成各种各样的图案，从而满足实际穿戴、时尚性、能量储存等各种需求。

内容简介

香港城市大学支春義教授等人受成熟人造革服装工业的启发，发明了一种基于聚氨酯人造革的超级电容器，皮革层内部的片状电极同时充当聚电解质。这种设计保留了超容器件覆盖下的织物的结构，解决了储能器件穿戴舒适性的难点问题。此外，相比传统的聚乙烯醇基酸电解质，通过使用NaCl对天然荧光聚氨酯皮革进行改性，避免了对人体的伤害。

该研究提出了可穿戴超级电容器的革命性结构设计，荧光皮革超级电容器可以转移到任意基底上形成任意图案，从而满足高舒适性、高颜值、高储能等多功能需求。

图文导读

1 聚氨酯（PU）人造革聚电解质的改性和理化性能

聚氨酯（PU）人造革作为天然皮革的理想替代品，已经在服装行业得到了实质性的应用。水性聚氨酯（wPU）逐渐取代有机溶剂型，成为工业发展的重要方向。PU链可以很好地分散在水中，当离子基团如羧基被接到PU链上时，形成离子型水性聚氨酯（iwPU）。在wPU单体的预聚合过程中，加入含羧基的扩链剂，经聚合后接到PU链上。其离子电导率由于离子的结合得到提高。为了显著提高离子浓度并显示各种颜色，加入无毒强电解质NaCl以及少量染料分子（10 μM）来进一步修饰iwPU，即形成改性离子型水性聚氨酯（miwPU），可同时用作无害电解质和有色人造革。

2 超级电容器中改性离子型水性聚氨酯（miwPU）聚电解质的电化学性能

循环稳定性测试表明，经过2500次循环后，超级电容器的电容保留率为80％，在所有循环期间库仑效率为100％，这比基于PPy的超级电容器报道的更好。