面向可穿戴電子的新型柔性超級電容器方案

研究人員展示了他們設計的一種新型超級電容器，為可穿戴電子產(chǎn)品提供了潛在的電源解決方案。

脊形設計

可穿戴電子產(chǎn)業(yè)目前還處于初級階段，這一領域的產(chǎn)品往往是新奇的。雖然智能手表和健康監(jiān)視器確實存在，但它們幾乎不可穿戴，而且體積龐大，難看。如果一項技術(shù)要被認為是真正可穿戴的，那么它應該像衣服一樣穿著，并且使用起來很舒服。手表經(jīng)常會用表帶給皮膚帶來不適，而戴臂的手機很重，會造成明顯的勞損。現(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心硅，而芯片安裝到PCB上需要被封裝好，以防止對焊接焊盤造成損壞。因此，為了使可穿戴電子產(chǎn)品成為現(xiàn)實，需要能夠隨身體彎曲的電子產(chǎn)品，它們不會引起刺激，并且足夠輕，不會成為負擔。

一個可以被認為是真正可穿的產(chǎn)品的一個例子是由一個工程師團隊開發(fā)的智能襪子，它允許糖尿病患者記錄他們足部多個點的溫度。傳感器被編織到材料中，這種襪子，當穿上它時，它與普通襪子沒有區(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！

柔性超級電容器

來自阿爾托大學和麻省理工學院的一組研究人員開發(fā)了一種超級電容器，它具有高性能、制造成本低、環(huán)境友好和靈活的特點。一般的電池需要使用有機溶劑或強酸化合物，它們既危險又不環(huán)保。研究小組開發(fā)的超級電容器的設計利用了石墨烯、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。然后將整個結(jié)構(gòu)進一步夾在單壁碳納米管集電器（即單壁碳納米管）中，以形成柔性超級電容器。

這種超級電容器的優(yōu)點是充電/放電速度快，壽命長，這是大多數(shù)電池技術(shù)所面臨的兩大優(yōu)勢。這使得設備可以快速充電，同時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)品提供了機會，對環(huán)境的影響最小，同時也為電力提供了無毒的解決方案。

“我們制造了一個原型，在1000次拉伸循環(huán)后，在50%的應變下性能不衰減。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3D打印或其他先進制造技術(shù)的實施，制造成本可以進一步降低?！?/p>

結(jié)論

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