目前，可穿戴电子设备的发展取得了巨大的进步，它可以附着在人体上或嵌入到衣服中，人们已经进行了无数次尝试，以获得在各种环境条件下的稳定性，即柔性/可伸展性能和对温度和湿度的耐受性。超级电容器是最重要的储能设备之一，具有电池无法比拟的许多优点，如高功率密度、长循环寿命、优异的稳定性以及各种堆叠式、平面式、线式和纺织品形式的易于制造。在可穿戴电子设备的广泛发展中，可以植入人体或嵌入到衣服中的基于纺织品的设备得到了研究人员广泛地关注。对于日常应用，可穿戴式储能设备需要在恶劣的环境条件和不同的变形条件下保持稳定。来自高丽大学的Jeong Sook Ha团队的在《Advanced Functional Materials》发表题为“A Textile-Based Temperature-Tolerant Stretchable Supercapacitor for Wearable Electronics”的文章。本研究报道了一种具有高电化学性能、高机械稳定性和宽温度范围的纺织品基可伸缩超级电容器。它在−30、25和80°C时的面积电容分别为28.0、30.4和30.6mF cm−2，可以在−30-80°C的三个重复冷却和加热循环中保持电容稳定。超级电容器在拉伸到50%和1000次重复拉伸循环下都是稳定的。另一方面，本文将超级电容器编织成尼龙手套电源，无论折射率触发器弯曲与否，微发光二极管都能稳定工作。此外，封装的超级电容器在浸泡在水中几天之后都能保持电容。这项研究展示了制作的超级电容器作为一种可穿戴式储能装置的潜在应用，它可以在极端的温度变化、高湿度和身体运动中工作。
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图1a是基于纺织品的可伸缩超级电容器的示意图。通过将改性的乙二醇改性PEDOT：PSS(EG-PEDOT：PSS)涂覆在氨纶/尼龙纤维的可伸缩纺织基材上，制成了集电体。通过测量应力-应变曲线，电极材料浸涂前的原始可伸展纺织基板的弹性高达100%。随着浸涂次数的增加，EG-PEDOT：PSS纺织电极的电阻不断降低。另外，本文还采用浸渍-镀膜法将MWCNT/RGO纳米复合材料涂覆在所制得的纺织集电体上，制备了MWCNT/RGO纳米复合材料。由于电极材料(MWCNT/RGO纳米复合材料)在较重的纺织品中很难准确估计其载量，因此考虑到本文采用的浸渍-镀膜法，还计算了电极材料(MWCNT/RGO纳米复合材料)的面积电容来评价其性能。在插图的高倍率扫描电镜图像中，MWCNT/RGO纳米复合材料均匀地包覆在纤维表面。具有机械伸缩性和耐温性的纺织超级电容器的设计如图1d所示。图1.a)本文制作的超级电容器示意图，展示了可拉伸纤维、针织可拉伸纺织品和由可拉伸纺织电极、凝胶型电解质和防水树脂薄膜组成的组装超级电容器的横截面。图2显示了本文制造的尺寸为10×20×1 mm3的纺织基超级电容器的电化学性能。在图2a中，CV曲线显示对称的充放电电流水平，在5至200mV s−1的扫描速率下显示出近乎矩形的形状。此外，在电流密度为0.025至2 mA cm−2时测量的GCD曲线显示理想的对称三角形(图2b)。使用公式(1)从GCD曲线计算超级电容器的面积电容，图2c说明了超级电容器在不同电流密度下的面积电容(CA)。图2.由MWCNT/RGO纳米复合电极和凝胶型电解质组成的超级电容器的电化学性能。图3显示了在−30至80°C温度范围内反复变化时测量的超级电容器的电化学稳定性。图3a和3b显示了超级电容器在−30至80°C温度范围内，扫描速率为10 mV s−1时的循环伏安曲线和电流密度为0.25 mA cm−2时的GCD曲线。当温度降低到室温以下时，电容和放电时间都会降低，反之亦然。此外，库仑效率会随着温度的升高而降低。这种随温度变化的行为与等效串联电阻(ESR)估计值随温度降低而增加的情况一致。图3.温度从−30°C到80°C变化时超级电容器的电化学性能图4显示了所制造的超级电容器在弯曲和拉伸变形时的机械稳定性。如照片所示(图4a)，超级电容器可以被扭曲、弯曲和拉伸，而不会造成任何机械损坏。图4b显示了在90°和180°弯曲下获得的GCD曲线的比较，并揭示了这三种曲线的重合度。如插图所示，在弯曲半径为3 mm的1000次重复弯曲循环中，电容保持率保持在100%(图4c)，GCD曲线在重复弯曲循环期间保持不变。这里，C0和C分别是弯曲变形之前和之后的面积电容。图4d中的CV和GCD曲线以及图4e的插图显示，分别在30 mV s−1和0.25mA cm2的扫描速率下施加高达50%的应变时，CV和GCD曲线没有实质性变化。这表明在拉伸变形过程中性能稳定，电容保持率为100%。图4.本文制作的超级电容器在弯曲和拉伸变形下的电化学性能。图5显示，无论温度如何，本文的超级电容器对弯曲和拉伸变形都是相对稳定的。因此，它可以在低温和高温的极端条件下用作储能装置。测量是在−20°C的冰箱中和80°C的烤箱中进行的。图5a和5b分别比较了在90°弯曲和拉伸50%以上的每个温度下的电容保持率。这里，C0和C分别是变形前和变形下特定对应温度下的电容。在弯曲条件下，−20、25和80°C时的电容保持率分别为100%、99.3%和96.5%。图5.a)在−20°C、25°C和80°C下，在90°C角度弯曲变形前后测量的超级电容器的电容保持率。图6.a)在水中使用两个串联的超级电容器(用防水树脂胶片封装)为µ-LED供电的图片。结语：本文提出了一种高性能的纺织品可伸缩超级电容器，通过精心选择电极、电解液、集流器和基板的结构设计和材料，该电容器在极端的温度和湿度条件下仍然稳定。这项工作证明，本文制造的超级电容器可以作为可靠的储能装置，为各种可穿戴电子设备供电，无论温度、湿度和机械变形如何剧烈变化。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106491![]()
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