近日，我校紡織學院產業用紡織品教育部工程研究中心陳南梁教授團隊與廈門大學劉向陽教授團隊合作在柔性可拉伸超級電容器領域取得重要進展👨🦯➡️，相關成果以《不可拉伸的金屬纖維編織成可拉伸的混合型超級電容器》（Making Stretchable Hybrid Supercapacitors by Knitting Non-Stretchable Metal Fibers）為題， 發表於國際知名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）👨🏿🎨。該論文第一作者為紡織學院17級博士生邵光偉，紡織學院陳南梁教授、廈門大學劉向陽教授、葉美丹副教授為通訊作者🛵。
超級電容器✹，特別是可拉伸全固態超級電容器🤸♂️，由於其在可穿戴電子領域的潛在應用性而受到廣泛關註🛼。可拉伸超級電容器不但具有功率密度高💨、充放電速度快和循環穩定性好等優異的電化學性能，而且還有出色的機械性能👄，特別是優秀的可拉伸性、拉伸回復性和機械穩定性等。作為製備可拉伸超級電容器的關鍵材料，可拉伸電極基底可以分為兩種類型：（1）以本征彈性聚合物材料為基材製備可拉伸電極🤳🏻，然而這類電極材料存在低效能🦘、電阻高、透氣性差等缺點；（2）具有可拉伸結構的電極材料🎓🫶🏿，這類電極表現出較低的拉伸回復性，限製了其實際應用。因此，研製出兼具高導電性和良好拉伸回復性的可拉伸電極基底仍然是一個極大的挑戰🥷🏼。
針對這一問題，研究團隊選擇與頭發絲相當直徑的不銹鋼纖維為原料♉️，通過經編的方法編織成具有二維網絡結構的不銹鋼經編網（SSM）。這種網不但具有高的電導率而且還具有優秀的拉伸性和拉伸回復性。通過水熱法在不銹鋼網表面生長出具有納米結構的金屬硫化物作為電極材料🤹🏻♂️。基於SSM的可拉伸固態混合超級電容器被組裝製備，表現出優異的電化學性能🤲🏻、機械性能和穩定性。進一步地🚪，將組裝的可拉伸超級電容器縫在肘部的衣服處來驅動一只LED燈泡。在肘部反復的彎曲和伸直過程中，LED仍然保持著明亮🙅♀️，從而直接證明了我們所設計的基於不銹鋼網的可拉伸超級電容器具有在可穿戴電子領域的高適用性。
圖1. 具有典型二維網絡結構的不銹鋼經編網
圖1展示了不銹鋼網的微觀、宏觀結構狀態以及不銹鋼網在編織機上的狀態。不銹鋼網由一個個不銹鋼纖維組成的線圈相互串套在一起組成的🤳🏻🦬，因此具有優異的拉伸性和拉伸回復性𓀐。
圖2. 可拉伸超級電容器的組裝和電化學性能表征
以NiCo2S4/CoS2@SSM為正極材料👢，AC@SSM為負極材料和PVA/KOH凝膠電解質組裝成混合型超級電容器，並對其電化學性能進行測試🤵♂️，圖2展示了組裝的器件具有優異的電化學性能。
與已有報道的超級電容器對比發現，我們製備的超級電容器表現出較高的能量密度，優秀的拉伸回復性♟，高拉伸循環穩定性和電化學性能穩定。高機械強度和韌性的SSM提供了器件顯著的靈活性🔛👬🏼，SSM基底直接作為集流器🧑🏻，降低了整個器件的電阻。
圖3.可拉伸超級電容器的應用展示
圖3展示了團隊製備的可拉伸超級電容器器件具有優異的電化學性能，能夠驅動由40個燈泡組成的“DHU”圖案。同時，在多種可穿戴應用場景下的各種電化學穩定性及具體應用案例😼，結果直接證明了器件在可穿戴電子器件中具有較高的應用潛力。
在此工作中⚓️，我們編織了一種新穎的SSM作為基底製備可拉伸超級電容器。與普通金屬織物的剛性相反，具有典型二維網絡結構的SSM表現出優異的柔軟性🦴、拉伸性、拉伸回復性等力學性能和高導電性🦵🛖。與同類型器件對比，我們組裝的器件表現出優異的電化學性能和機械性能🫷🏽，滿足可穿戴要求。研究結果表明，這是目前所報道的首個真正意義上的基於金屬材料的可拉伸儲能器件。該成果的突破，打破了人們的思維慣性⛅️，為柔性儲能器件提供了新的設計思路。
上述研究成果得到了恒行3平台研究生創新基金等項目資助👩🏽🎤。
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