През последните години, с развитието на науката и постоянните промени в технологиите, интелигентните носими устройства се превърнаха в една от горещите точки на изследванията. За да се отговори на енергийните нужди на носими електронни продукти, прилагането на нови технологии за съхранение на енергия в индустрията за висококачествени интелигентни носими устройства привлече голямо внимание. Разработването на гъвкави суперкондензатори (FSC) с висока енергийна плътност се превърна в едно от големите предизвикателства в областта на новата енергия.

Двуизмерният боров нанолист е теоретично четири пъти по-капацитивен от графена и е един от предпочитаните материали за електродите на суперкондензаторите. Въпреки това, поради разликата в проводимостта между слоевете, малката специфична повърхност и ниската порьозност, той сериозно ще ограничи преноса на заряд, дифузията и съхранението на йони, когато се прилага към суперкондензаторите, което води до трудности при подобряване на енергийната му плътност. Следователно, разработването на нови двуизмерни борови нанолистове с висока порьозност, голяма специфична повърхност и висока енергийна плътност се превърна във важна изследователска тема.

За да реши горепосочените проблеми, изследователският екип от Технологичния университет в Нанкин започна с проектиране на подредена наноструктура от боров нанолист и подготви анизотропен влакнест електрод от бор-въглероден хетерогенен нанолист (ABCNs), използвайки технология за микрофлуидно електростатично предене. Базирайки се на стратегия за отдолу нагоре газово-фазово отстраняване и кондензация, връзката bB между масивния бор беше отворена, за да се образува двуизмерен боров нанолист. В същото време, химичната връзка bC беше въведена в bC нанолиста, а легираният с азот въглероден нанолист беше подкупен in situ, за да се образува двуслоен хетерогенен нанолист бор-въглерод. Нанолистът може да подобри свързването на интерфейса, да подобри способността за пренос на заряд и ефективно да насърчи йонната кинетична дифузия и съхранение.

Принципът на синтез на ABCN и морфологията на блоков бор, боров нанолист и ABCN

В същото време, целящи проблема с лошата механична гъвкавост и трудността при подготовката на FSC електроди с голяма площ, изследователите конструираха тъканни електроди с висока гъвкавост и висока проводимост, използвайки метод на микрофлуидно електростатично предене (в сравнение с традиционното електростатично предене, съставът и структурата на предещия флуид могат да бъдат динамично контролирани чрез използване на ламинарен поток и дифузионни характеристики на флуидите). FSC, конструирани с тъканен електрод, показаха ултрависок капацитет за съхранение на енергия, с енергийна плътност от 167.05 mWh/cm3 и специфичен обемен капацитет от 534.5 F/cm3, което осигури основа за приложението на FSC като носимо захранване с голяма деформация.

ABCNs нанокомпозитна влакнеста мембрана, получена чрез микрофлуидно електроспиниране, и нейните свойства

Въз основа на горното изследване, FSC и сензори за налягане са интегрирани в тъканта, за да образуват носима система за измерване на енергия, която може постоянно да следи различни физиологични сигнали на човешкото тяло в реално време, като пулс на китката, сърдечен ритъм, сигнали за огъване на пръстите, гърба и врата и др., осигурявайки нов начин за практическото приложение на FSC в областта на носимата електроника.

Носима система за съхранение на енергия - сензорна система и нейното приложение

Връзки към дисертацията: https://doi.org/10.1002/anie.202011523