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Die Erfindung betrifft eine neue flexible Energiespeicher-Nanofaser, die durch das elektrostatische Mikrofluid-Spinnverfahren hergestellt wird

Zeit:2020-09-28 Hits:

In den letzten Jahren, mit der Entwicklung der Wissenschaft und dem ständigen Wandel der Technik, Smart Wearable Devices sind zu einem der Forschungs-Hotspots geworden. Um den Strombedarf tragbarer elektronischer Produkte zu decken, Die Anwendung neuer Energiespeichertechnologien in der High-End-Industrie für intelligente tragbare Geräte hat viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Entwicklung flexibler Superkondensatoren (FSCs) mit hoher Energiedichte ist zu einer der großen Herausforderungen im Bereich der neuen Energie geworden.




Das zweidimensionale Bor-Nanoblatt ist theoretisch viermal kapazitiver als Graphen und ist eines der bevorzugten Materialien für die Elektroden von Superkondensatoren. Jedoch, aufgrund seines Leitwertunterschieds zwischen den Schichten, kleine spezifische Oberfläche und geringe Porosität, es wird die Ladungsübertragung ernsthaft einschränken, Ionendiffusion und -speicherung bei Anwendung auf Superkondensatoren, was zu seiner Energiedichte führt, ist schwer zu verbessern. Daher, die Entwicklung neuer 2-D-FSCs auf Borbasis mit hoher Porosität, große spezifische Oberfläche und hohe Energiedichte ist zu einem wichtigen Forschungsthema geworden.






Um die oben genannten Probleme zu lösen, Das Forschungsteam der Nanjing University of Technology begann mit dem Design der geordneten Nanostruktur von Bor-Nanoblättern und stellte das anisotrope heterogene Bor-Kohlenstoff-Nanoblatt her (ABCNs) Faserelektrode unter Verwendung der elektrostatischen Spinntechnologie mit Mikroflüssigkeit. Basierend auf der Bottom-up-Gasphasenstripp- und Kondensationsstrategie, die b-B-Bindung zwischen dem massiven Bor wurde geöffnet, um ein 2-D-Bor-Nanoblatt zu bilden. Gleichzeitig, Die chemische b-C-Bindung wurde in das b-C-Nanoblatt eingeführt, und das Stickstoff-dotierte Kohlenstoff-Nanoblatt wurde in situ bestochen, um ein heterogenes Bor-Kohlenstoff-Doppelschicht-Nanoblatt zu bilden. Das Nanoblatt kann die Grenzflächenkopplung verbessern, Verbesserung der Ladungsübertragungsfähigkeit, und fördern effizient die kinetische Diffusion und Speicherung von Ionen.



Das Syntheseprinzip von ABCNs und die Morphologie von Blockbor, Bor-Nanoblatt und ABCNs

Gleichzeitig, mit dem Ziel der geringen mechanischen Flexibilität und Schwierigkeiten bei der großflächigen Präparation von FSCs-Elektroden, Forscher konstruierten Gewebeelektroden mit hoher Flexibilität und hoher Leitfähigkeit mithilfe der elektrostatischen Mikrofluid-Spinnmethode (im Vergleich zum traditionellen elektrostatischen Spinnen, die Zusammensetzung und Struktur von Spinnflüssigkeiten kann dynamisch gesteuert werden, indem die laminare Strömung und die Diffusionseigenschaften von Flüssigkeiten verwendet werden). Die mit der Gewebeelektrode konstruierten FSCs zeigten eine extrem hohe Energiespeicherkapazität, mit einer Energiedichte von 167.05 mWh/cm3 und einer volumenspezifischen Kapazität von 534.5 F/cm3, die eine Grundlage für die tragbare Stromversorgungsanwendung für große Verformungen von FSCs bildeten.



ABCNs-Nanokomposit-Fasermembran, hergestellt durch mikrofluidisches Elektrospinnen und ihre Eigenschaften

Basierend auf den obigen Recherchen, FSCs und Drucksensoren sind in das Gewebe integriert, um ein tragbares Energiesensorsystem zu bilden, die verschiedene physiologische Signale des menschlichen Körpers in Echtzeit kontinuierlich überwachen kann, wie Handgelenkpuls, Herzschlag, Finger, Rücken- und Nackenbeugesignale, Etc., einen neuen Weg für die praktische Anwendung von FSCs im Wearable-Bereich.



Tragbarer Energiespeicher - Sensorsystem und seine Anwendung

Die Diplomarbeitslinks: https://doi.org/10.1002/ange.202011523