Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της επιστήμης και τη συνεχή αλλαγή της τεχνολογίας, οι έξυπνες φορητές συσκευές έχουν γίνει ένα από τα ερευνητικά hotspot. Προκειμένου να καλυφθεί η ζήτηση ισχύος των φορητών ηλεκτρονικών προϊόντων, η εφαρμογή της νέας τεχνολογίας αποθήκευσης ενέργειας στη βιομηχανία έξυπνων φορητών συσκευών υψηλής τεχνολογίας έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή. Η ανάπτυξη εύκαμπτων υπερπυκνωτών (FSC) με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα έχει γίνει μια από τις μεγάλες προκλήσεις στον τομέα της νέας ενέργειας.

Το δισδιάστατο νανοφύλλο βορίου είναι θεωρητικά τέσσερις φορές πιο χωρητικό από το γραφένιο και είναι ένα από τα προτιμώμενα υλικά για τα ηλεκτρόδια των υπερπυκνωτών. Ωστόσο, λόγω της διαφοράς αγωγιμότητας μεταξύ των στρωμάτων, της μικρής ειδικής επιφάνειας και του χαμηλού πορώδους, θα περιορίσει σοβαρά τη μεταφορά φορτίου, τη διάχυση ιόντων και την αποθήκευση όταν εφαρμόζεται σε υπερπυκνωτές, με αποτέλεσμα η ενεργειακή του πυκνότητα να είναι δύσκολο να βελτιωθεί. Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη νέων 2-D FSCs με βάση το βόριο με υψηλό πορώδες, μεγάλη ειδική επιφάνεια και υψηλή ενεργειακή πυκνότητα έχει γίνει ένα σημαντικό ερευνητικό θέμα.

Προκειμένου να λυθούν τα παραπάνω προβλήματα, η ερευνητική ομάδα του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Ναντζίνγκ ξεκίνησε το σχεδιασμό της διατεταγμένης νανοδομής του νανοφύλλου βορίου και προετοίμασε το ανισότροπο ηλεκτρόδιο ίνας ετερογενούς νανοφύλλου βορίου-άνθρακα (ABCNs) χρησιμοποιώντας τεχνολογία ηλεκτροστατικής περιστροφής μικρορευστού. Με βάση τη στρατηγική απογύμνωσης και συμπύκνωσης αέριας φάσης από κάτω προς τα πάνω, ο δεσμός bB μεταξύ του ογκώδους βορίου άνοιξε για να σχηματίσει ένα νανοφύλλο βορίου 2-Δ. Ταυτόχρονα, ο χημικός δεσμός bC εισήχθη στο νανο φύλλο bC και το νανοφύλλο άνθρακα με πρόσμειξη αζώτου δωροδοκήθηκε επί τόπου για να σχηματίσει ένα ετερογενές νανο φύλλο διπλής στρώσης βόριο-άνθρακα. Το νανοφύλλο μπορεί να βελτιώσει τη σύζευξη διεπαφής, να βελτιώσει την ικανότητα μεταφοράς φορτίου και να προωθήσει αποτελεσματικά την κινητική διάχυση και αποθήκευση ιόντων.

Η αρχή σύνθεσης των ABCN και η μορφολογία του μπλοκ βορίου, του νανοφυλλικού βορίου και των ABCN

Ταυτόχρονα, στοχεύοντας στο πρόβλημα της κακής μηχανικής ευκαμψίας και της δυσκολίας στην προετοιμασία ηλεκτροδίων FSCs μεγάλης επιφάνειας, οι ερευνητές κατασκεύασαν υφασμάτινα ηλεκτρόδια με υψηλή ευελιξία και υψηλή αγωγιμότητα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτροστατικής περιδίνησης μικρορευστού (σε σύγκριση με την παραδοσιακή ηλεκτροστατική κλώση, η σύνθεση και η δομή του περιστρεφόμενου ρευστού μπορεί να ελεγχθεί δυναμικά χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικά στρωτής ροής και διάχυσης των ρευστών). Τα FSC που κατασκευάστηκαν με το ηλεκτρόδιο υφάσματος έδειξαν εξαιρετικά υψηλή χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας, με ενεργειακή πυκνότητα 167.05 mWh/cm3 και χωρητικότητα ειδικής όγκου 534.5 F/cm3, η οποία παρείχε τη βάση για την εφαρμογή τροφοδοσίας μεγάλης παραμόρφωσης των FSC.

Νανοσύνθετη μεμβράνη ινών ABCNs που παρασκευάζεται με μικρορευστοποιημένη ηλεκτροϊνοποίηση και οι ιδιότητές της

Με βάση την παραπάνω έρευνα, τα FSC και οι αισθητήρες πίεσης ενσωματώνονται στο ύφασμα για να σχηματίσουν ένα φορητό σύστημα ανίχνευσης ενέργειας, το οποίο μπορεί να παρακολουθεί σταθερά διάφορα φυσιολογικά σήματα του ανθρώπινου σώματος σε πραγματικό χρόνο, όπως παλμό καρπού, καρδιακό παλμό, δάχτυλο, πλάτη και σήματα κάμψης λαιμού κ.λπ., παρέχοντας έναν νέο τρόπο για την πρακτική εφαρμογή των FSC στον τομέα των φορητών συσκευών.

Σύστημα αποθήκευσης - ανίχνευσης ενέργειας που φοριέται και η εφαρμογή του

Οι σύνδεσμοι της πτυχιακής εργασίας: https://doi.org/10.1002/anie.202011523