国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  在電容器的日常便攜和集成化應用中，纖維基織物超級電容器具有巨大優勢。然而，纖維電極中填料或橋接劑的加入和自身小體積會降低電導率和比表面積，導致低能量密度，難以達到實際應用要求。

  近期，西安工程大學紡織科學與工程學院劉哲教授團隊基于荷花莖啟發，以MXene/CNT構筑纖維內部三維交纏結構，CNT模仿其木質部的導管。通過在纖維表面覆蓋PEDOT:PSS作為保護皮層，提升纖維的電化學活性。MXene為連接CNT（導管）和PEDOT:PSS（皮層）的韌皮部，實現高效的能量儲存。CNT作為纖維中的“導管” 能夠增大纖維比表面積，加快離子傳輸。此外，在纖維拉伸時能夠承受外力時協同分擔作用力，從而提升纖維的機械性能。這種通過結構調控構建三維結構的纖維電極，極大程度上增加了其比表面積，提高比電容與拉伸強度。最終制備的纖維在1 M H₂SO₄電解液中表現為417.8 F/cm3（0.5 A/cm3）的高體積比電容和優異的倍率性能。用纖維編織成的織物超級電容器可以提供3.2 V的工作電位窗口，點亮LED 15 min，點亮電子表超過45 min。本研究創新性地提出仿生纖維三維結構調控策略，有效克服了智能紡織品儲能器件能量密度低的關鍵瓶頸，顯著延長了織物超級電容器的供電時間，為可穿戴電子設備的實際應用提供了重要支撐。該工作以“Microstructural Design of 3D Intertwined Biomimetic Composite Fibers for Functional Smart Textiles in Energy Storage”為題發表在《Small》上。

圖1：織物超級電容器的設計與制備。 (a) 能量存儲設備與紡織品的結合。(b) 儲能織物的制備過程。(c) 荷花莖拉斷后露出的導管組織。(d) MXCP纖維對應荷花莖的仿生結構。 (e) MXCP纖維制備過程圖。(f) MXCP纖維結構圖。(g)  MXCP纖維細節結構圖。(h) 織物超級電容器及其結構示意圖。(i) 織物超級電容器作為表帶為手表供電。(j) 織物超級電容器為電子表供電超45min。

  如圖2所示，MXene/CNT纖維最優性能可達到拉伸強度從26.5 Mpa，質量比電容261.3 F/cm3。

圖2：MXene/CNT纖維的形貌及性能展示。MXene/CNT纖維的(a) SEM圖，(b)拉伸強力，(c) 奈奎斯特曲線，(d) CV曲線 (5 mV/s)，(e) GCD曲線 (1A/cm³)，(f) 體積比電容對比圖。(g) MXene/CNT (90wt%) 纖維與MXene纖維的XRD圖譜。

  模仿荷花莖結構，采用拉伸浸漬的方法在MXene/CNT 纖維表面附著PEDOT:PSS制備MXCP (MXene/CNT/PEDOT:PSS) 仿生纖維。最終實現2741.7 S/cm的高電導率，54 MPa的拉伸強度，416.3 F/cm³的比電容。

圖3：MXene-CNT纖維和MXCP纖維的表面形貌和XRD、XPS表征。(a)MXene-CNT纖維的SEM圖 (b) MXCP₁纖維的SEM圖。(c) MXCP₂纖維的SEM圖。(d) MXCP₃纖維的SEM圖。(e) MXCP₄纖維的SEM圖。(f) MXCP₅纖維的SEM圖。(g) MXene/CNT纖維和MXCP纖維的XRD圖譜。MXene/CNT和MXCP纖維(h) S 2p，(i) C 1s，(j) O 1s，(k) Ti 2p的XPS圖譜。

圖4：MXCP纖維斷裂機制和電化學性能分析。(a) MXCP纖維實物圖。(b) MXCP纖維仿生結構圖。(c) MXCP纖維拉伸過程。(d) 纖維內部CNT的三維交纏結構。(e) CNT的斷裂。(f) MXCP纖維的直徑。MXCP纖維的(g) 拉伸強力，(h) 奈奎斯特曲線，(i) CV曲線 (5 mV/s)，(j) GCD曲線 (0.1A/g)，(k) 體積比電容。

  根據GCD計算纖維超級電容器的體積比電容。在0.1 A/cm³下表現為84.8 F/cm³的體積比電容。計算不同功率密度下的能量密度，在216 mW/cm³的功率密度下，最大能量密度達到15.3 mW·h cm^-3。纖維電極組裝成為織物超級電容器，當串聯4個織物超級電容器時，有最大工作電位窗口為3.2 V，這說明織物超級電容器的工作電壓范圍為0~3.2 V。如圖5g所示，織物超級電容器可以點亮0.04 W的藍色LED。如圖5h顯示，織物超級電容器也可點亮綠色LED，且點亮LDE的時間都能達到15 min。最后，將織物超級電容器制備成護腕連接手表，如圖5i，可以很好的為手表供電超過45 min。

圖5：MXCP₃纖維在超級電容器中的應用。纖維超級電容器(a) 不同掃描速率下的CV曲線，(b) 不同電流密度下的GCD曲線，(c) 不同彎曲角度下電容保持值，(d) 充放電循環穩定性和電容保持值（1A/cm3），(e) 串聯提供3.6 V工作電壓，點亮電子表、綠色和紅色LEDs。(f) 串聯1~4個織物超級電容器的CV圖。(g) 織物超級電容器點亮藍色LED，(h) 綠色LED。(i) 織物超級電容可作為表帶為手表供電，應用在智能可穿戴服裝中可為各類電子產品供電。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202504594