电池和超级电容器的电流版本供电可穿戴和可伸缩的健康监测和诊断装置的缺点包括低能量密度和拉伸性有限的缺点。

作为电池的替代品,微型超级电容器是在可穿戴设备中补充或替代锂离子电池的能量存储设备。微超级电容器具有占地面积小、功率密度高、充放电快的特点;然而,当用于可穿戴设备时,传统的微型超级电容器具有“三明治状”堆叠几何形状,显示出较差的灵活性,长离子扩散距离,以及与可穿戴电子设备结合时复杂的集成过程。

研究人员开发了替代的设备架构和集成过程,以推进微超级电容器在可穿戴设备中的使用。他们发现,将微型超级电容器单元布置成蛇形的岛桥布局,可以使结构在桥上伸展和弯曲,同时减少微型超级电容器——岛屿的变形。当组合在一起时,这种结构就变成了研究人员所说的微型超级电容器阵列。通过在连接电池时使用岛桥设计,微超级电容器阵列显示了更高的可拉伸性,并允许可调电压输出,使系统可可逆拉伸至100%。

通过使用非层叠,超薄,锌 - 磷纳米片和3D激光诱导的石墨烯泡沫 - 一种高度多孔的自加热纳米材料 - 构建电池的岛桥设计,球队的电导率急剧改善和吸收的带电离子的数量。这证明了这些微型超级电容器阵列可以有效地充电和放电,并将为可穿戴装置供电所需的能量。

研究人员还将该系统集成了一个摩擦电纳米发电机——一种将机械运动转化为电能的新兴技术。这种组合创造了一个自供电系统。使用基于摩擦电纳米发电机的无线充电模块,可以通过弯曲肘部、呼吸和说话等运动来获取能量。

通过这种集成系统与基于石墨烯的应变传感器的结合,所述能量储存微型超级电容器阵列 - 通过摩擦起电纳米发电机充电 - 能够功率传感器。

欲了解更多信息,请联系Megan Lakatos此电子邮件地址正受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。;814-865-5544


电池技术杂志

本文首次发表于2021年2月号电池技术杂志。

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