【導(dǎo)讀】超級(jí)電容是一種高效實(shí)用的新型儲(chǔ)能器件。其作用與電池相似，但它可以快速充電，幾秒鐘之內(nèi)就可以完全充滿電，也可以反復(fù)充電很多次。超級(jí)電容具有充電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、存儲(chǔ)電能多、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。它適用于任何需要快速充放電循環(huán)的應(yīng)用領(lǐng)域。未來(lái)，它的市場(chǎng)前景非常廣闊，將在電動(dòng)汽車、大功率輸出設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備等領(lǐng)域大顯身手。
然而，在可穿戴技術(shù)和智能織物領(lǐng)域，超級(jí)電容也扮演著重要角色。筆者曾介紹過(guò)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)開發(fā)出的一種固態(tài)柔性超級(jí)電容器件。科學(xué)家通過(guò)絲網(wǎng)印刷技術(shù)，采用導(dǎo)電石墨烯氧化物油墨，直接將它打印在紡織品例如棉織物上。該超級(jí)電容器件的優(yōu)勢(shì)包括：機(jī)械柔韌性好、能量與功率密度高、運(yùn)行安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、成本低。
（圖片來(lái)源：曼徹斯特大學(xué)）
此外，超級(jí)電容還有助于實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的自供電。所謂自供電，是指無(wú)需電池，從外部環(huán)境中采集熱能、機(jī)械能、輻射能、化學(xué)能等形式的能量，為電子設(shè)備提供電力。美國(guó)得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校（UTD）和韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出最新的高科技紗線“Twistron”，它可以在自身被拉伸或者扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電能。這種紗線由碳納米管構(gòu)成，本質(zhì)上是一種超級(jí)電容。研究人員稱，當(dāng)將這種碳納米管紗線浸入電解液時(shí)，紗線可以通過(guò)電解液本身來(lái)充電，不需要外加電源或者外加偏壓實(shí)現(xiàn)。
（圖片來(lái)源：UTD）
創(chuàng)新
今天，筆者將要介紹的創(chuàng)新成果也是一種超級(jí)電容。此外，它也是智能織物和自供電技術(shù)交叉融合的典型案例之一。
近日，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）的科學(xué)家設(shè)計(jì)出一種織物般的電源，它經(jīng)過(guò)剪切、折疊或者拉伸后并不會(huì)喪失功能。
（圖片來(lái)源：新加坡南洋理工大學(xué)）
（圖片來(lái)源：新加坡南洋理工大學(xué)）
（圖片來(lái)源：新加坡南洋理工大學(xué)）
（圖片來(lái)源：新加坡南洋理工大學(xué)）
現(xiàn)有可拉伸的超級(jí)電容都采用預(yù)先設(shè)定的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)中，但是這項(xiàng)新發(fā)明卻可以拉伸到多個(gè)方向，且當(dāng)它連接到其他電子器件時(shí)，不容易發(fā)生匹配錯(cuò)誤。下圖展示了傳統(tǒng)超級(jí)電容和這種可編輯的超級(jí)電容在制造方法上的區(qū)別。
（圖片來(lái)源：新加坡南洋理工大學(xué)）
作者相信這種可編輯的超級(jí)電容非常容易量產(chǎn)，因?yàn)樗蕾嚞F(xiàn)有的制造技術(shù)。因此，生產(chǎn)成本也較低，估計(jì)約0.13新加坡元（0.10美元）可以生產(chǎn)1平方厘米的這種材料。
價(jià)值
Chen 教授表示：“一種可靠并可編輯的超級(jí)電容對(duì)于可穿戴電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)非常重要。當(dāng)可穿戴電子器件能夠可靠地給自身供電，并可以與家和其他環(huán)境中的設(shè)備進(jìn)行連接和通信時(shí)，它也為‘物聯(lián)網(wǎng)’領(lǐng)域打開了各種可能性。”
“我自己的夢(mèng)想是有一天將我們的柔性超級(jí)電容與用于健康和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)診斷的可穿戴傳感器相結(jié)合。通過(guò)可穿戴電子器件的自供電能力，你可以想象有一天，我們可以創(chuàng)造出用于在比賽期間檢測(cè)馬拉松賽跑運(yùn)動(dòng)員疲勞狀態(tài)的設(shè)備，它具有很高的靈敏度并能檢測(cè)一般勞累和過(guò)度勞累的信號(hào)。
Loh 博士表示：“這些互聯(lián)的、織物般的電源可定制并具有多功能，能夠提供即插即用的功能，并保持良好的性能。這些柔性電源是高度可拉伸的，是非常有前途的下一代‘織物’能量存儲(chǔ)器件，這些器件將集成到可穿戴電子設(shè)備中。”
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