近期，我院能源与环境学部康飞宇教授和徐成俊副研究员指导的博士生董留兵在材料学领域顶级期刊Advanced Materials（最新影响因子：18.96）发表关于柔性储能器件的研究论文Breathable and wearable energy storage based on highly flexible paper electrodes。此次是董留兵在该期刊一年之内第二次发表学术文章（Simultaneous production of high-performance flexible textile electrodes and fiber electrodes for wearable energy storage, 2016, 28, 1675.）。
柔性、可穿戴被认为是下一代电子产品的重要特征。随着柔性可穿戴电子产品的发展，柔性储能器件成为了研究热点。柔性超级电容器正是这样一种储能器件，其具有可快速充放电、高的功率密度、超长的使用寿命等优点，然而，较低的能量密度制约着其大规模应用。此外，对于柔性可穿戴的超级电容器，良好的可变形能力等也是研究者所追求的目标。
在前一篇研究论文中，活性碳纤维布被用于柔性结构支撑体并在其上负载二氧化锰/碳纳米管电化学活性物质，构筑了高比电容的柔性织物电容器电极；基于碳纤维布可拆解成线性纤维束的特点，由此巧妙得到了高性能的柔性纤维电极；这种同步制备高性能柔性织物电极和纤维电极的思路，极大简化了微型（纤维状）电极的制备工艺、降低了柔性电容器的生产成本。
同步制备高性能柔性织物电极和纤维电极的示意图
本篇论文着重研究了柔性储能器件可透气方面的问题。良好的透气性对于日常衣物是不可或缺的特点，柔性电子器件和储能器件作为可穿戴产品，不言而喻，也应当是可透气的。若储能器件是由纱线状的柔性超级电容器编织/纺织而成，“纱线”之间的孔隙有可能保证储能器件具有较好的透气性；然而，该工艺对于“纱线”柔性超级电容器的强度、韧性、成本等都有极高的要求。本研究创新性地提出了另一种可透气柔性储能器件的设计思路：利用高柔性的无尘纸/碳纳米管/二氧化锰薄膜电极组装固态柔性超级电容器，在上述电容器宏观体上制备通孔即可使得该器件变得具有和普通衣物相当的透气性；作者认为，这一思路更有望被应用于可透气储能器件的大规模生产上。
制备可透气储能器件的两种设计思路示意图
值得一提的是，为了制备微型电极（如线性电极），研究者一般将更微小的单元（如纳米颗粒）进行架构；为了得到可穿戴的宏观织物器件，研究者又需将这些微型电极进一步拼装等，即“从小到大”、“自下而上”的器件设计模式；但显然，在小尺度上对材料进行操作相对困难。而该课题组则采用了“自上而下”、“从大到小”的思路制备出了上述高性能柔性超级电容器，为柔性能量存储器件的设计/研究提供了新的策略。
上述工作得到了国家科技部973项目基金、国家自然科学基金和深圳市基础研究项目等资助。
附：
Dong L, Xu C, Li Y, et al. Breathable and wearable energy storage based on highly flexible paper electrodes. Adv Mater 2016, doi: 10.1002/adma.201602541.
Dong L, Xu C, Li Y, et al. Simultaneous production of high-performance flexible textile electrodes and fiber electrodes for wearable energy storage, 2016, 28, 1675.
链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201602541/pdf
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201504747/pdf
