可直可弯再来一次只要几分钟 中科院又搞了个大新闻

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　　电子产品：越好用，越费电

　　随着目前个人随身电子产品的增多，功能的进一步增强，耗电量日趋增长，电池的矛盾逐渐凸显。尽管目前各类电子产品已普遍采用能量密度较高的锂电池，但面对日益增加的设备能耗，续航时长问题依旧成为未来制约其发展的隐患。

　　在传统的概念里，克服上述问题的方法无非有二：降低芯片以及其他部件的能耗；或者是研制更好的电池。

　　不过，开发新技术降低能耗和发热与后两个方向并不冲突。不过目前，随着石墨烯材料的崛起，超级电容似乎为解决续航问题带了一个新的思路——极大地加速充电效率。

　　中国科学院兰州化学物理研究所清洁能源化学与材料实验室阎兴斌课题组多年来致力于超级电容器材料与器件的研究。

　　最近，他们构筑了一系列高性能新型超级电容器，包括非对称微型电容器和高温柔性电容器，并探索了金属氧化物电极在特定离子液体中的电荷存储机理；利用形状记忆合金作为集流体，构筑了表带状智能超级电容器。

　　超级电容器作为一种新型储能器件，具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命和更好的安全性能等优点，在消费电子产品、电动汽车启停和工业能源管理系统等诸多领域应用广泛。近年来，微型、柔性和智能电子产品设备蓬勃发展，这就需要构筑与之匹配的新型超级电容器（包括微型、柔性电容器和智能电容器等）来满足其储能需求。

　　知识链接：电池和电容的区别？

　　电池和电容本质上都是电气元件，而且都是储能元件。

　　电池，一般由两级部件、外壳以及电化学材料构成。充电时把，电池内的电化学材料在电能作用下回转变形态，从而起到了电能存储。放电时，被存储在期内的化学能会转变成电能，而应为充电而改变的电化学材料恢复原状。

　　而常见的电容，通常是由两个金属电极用绝缘材料隔开，再加以保护外壳的结构。部分电解电容在绝缘材料内加入电解液。与电池有所不同的是，电容的充电时利用物理效应，将电荷暂时储存在绝缘材料之间储存。故电容的充电之际上只是个物理效应，并不发生化学反应。

　　由于一般电容主要被用作耦合、滤波、退偶等，都是作为“瞬间供电”使用，所以提供的能量通常不大。故，对于需要长时间稳定放电的设备，电池是必不可少的。但是随着目前石墨烯材料超级电容的崛起，上述情况正在改变。

　　研究人员以导电炭布作为集流体，利用γ-FeOOH在特定离子液体中具有优异的赝电容行为和离子液体凝胶电解质本身热稳定性好、不可燃、化学惰性和宽电压窗口等特点，构筑了多孔炭//γ-FeOOH非对称全固态柔性超级电容器。高温电化学测试结果表明，当环境温度升高到200ºC时，柔性器件体积能量密度可达1.44mWh/cm3；在180ºC弯折测试表明该器件具有稳定的电化学储能特性。

　　那么，上述成果对于当前的电子产品，其改进意义何在呢？

　　以目前流行的智能手表、智能手环为例。智能手表和手环等因为将诸多不同的功能集成在一种产品上，受到了消费者的广泛关注。然而，当下储能器件的设计严重限制了能量供给能力和未来发展空间。通过提出一种将表带与储能器件集成到一体的策略，该课题组设计并制备了表带型的智能柔性超级电容器。利用石墨烯涂布的钛镍合金片作为负极，两步电化学沉积制备的柔性自支撑MnO2/Ni薄片作为正极，分别使用水系和离子液体凝胶电解质作为电解质隔膜，组装得到了固态柔性超级电容器。

　　静态和动态的弯曲测试都证明了该器件有着优异的机械和电化学稳定性。由于使用钛镍合金作为集流体，器件还展示了形状记忆能力。为了展示潜在应用性，研究人员还将制备的表带状的超电器件与电子表组合在一起。

　　有趣的是，这种智能表带不仅能够为手表提供能量，还能保留形状记忆特性，可以在接触人体的时候自动的“戴”在手腕上。此外，即便表带直接接触皮肤，其优异的生物相容性也不会对身体造成伤害。相关工作发表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201600763）上。

　　新思路

　　显然，凭借其优秀的延展和弯曲特性，表带构造成为可以利用的，用于设置超级电容的载体。这对于彻底攻克智能设备电源问题，有着非常积极的意义。

　　而以上工作，也得到了国家自然科学基金、兰州化物所“一三五”重点培育项目的资助和支持。

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（责任编辑：柳苏源 HN091）

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