柔性超级电容器能产生更高的能量存储

研究人员开发了一种新的纸基柔性超级电容器制造工艺，为可穿戴设备提供更高的能量存储。

韩国中央大学的研究人员开发了一种在纸上制造柔性超级电容器的新制造工艺。这种新工艺将多个金电极垂直地集成在一张纸上，以创建高密度的能量存储设备。

新的制造工艺产生了具有低电阻、高可折叠性和良好机械强度的超级电容器。实验结果表明，该材料具有较高的储能能力，最大面积能量和功率密度分别为13.73 μW-hr-cm-2和1.6 mW-cm-2。研究人员说，超级电容器在经历了6000次充放电循环后仍能保持其存储容量。

研究人员说，纸是塑料和金属箔电极的一种有前途的替代品，用于柔性电子设备，为智能手表、健身追踪器和虚拟现实耳机等可穿戴设备供电。他们报告说，塑料的附着力差，耐久性低，金属箔使设备体积大，与纸张相比不那么灵活，可折叠，多孔，轻而薄。

另一个优点是随机分布的纸张纤维为沉积活性电极材料提供了更多的表面积，从而具有“优异”的电化学性能。

研究人员表示，通过制造垂直集成在纸张中的多层电极，而不是使用多个堆叠的薄片在现有的纸质超级电容器中存储能量，他们能够避免由多个堆叠的薄片引起的机械问题。它还产生了一种具有“出色储能”的超级电容器。

研究人员说，现有的纸基超级电容器使用堆叠薄片的另一个缺点是器件尺寸和电阻增加，而且它们可能会起皱、脱落和互相滑倒，这可能会降低器件性能。

为了解决这些挑战，同时保持纸张基板的固有优势，该研究团队开发了这种在纸张中垂直集成多层电极的新制造工艺。研究人员在《Chemical Engineering》杂志上发表了他们的研究结果，描述了使用防水石蜡层、金纳米颗粒和金电极增强溶液以及二氧化锰活性电极材料沉积在金纸电极上的制造过程，金纸电极浸泡在聚乙烯醇-硫酸钠凝胶电解质溶液中。

利用循环伏安法、恒流充放电和电化学阻抗谱等电化学测量技术对二氧化锰-金纸电极进行了表征。

研究人员说：“实际上，多层电极超级电容器平台是一种超密集的能量存储设备，它利用二维纸张表面作为三维支架。”他们认为，这一发现表明，未来纸质电子产品的制造将专注于更多的多层电极。