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  近年來(lái)，柔性可拉伸電子領(lǐng)域發(fā)展迅猛，可拉伸顯示器、人造電子皮膚、可穿戴傳感器和可植入設(shè)備等新型電子器件不斷出現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)一體化的可拉伸電子系統(tǒng)，這些新型可拉伸電子器件需要與之相匹配的可拉伸電池和超級(jí)電容器等作為供能裝置。超級(jí)電容器具有高功率密度、循環(huán)效率和能量密度，可進(jìn)行多達(dá)上百萬(wàn)次充放電循環(huán)，在可穿戴和可植入供能設(shè)備領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力。

  近日，美國(guó)密歇根州立大學(xué)曹長(zhǎng)勇教授團(tuán)隊(duì)和杜克大學(xué)Jeff Glass教授團(tuán)隊(duì)合作，在基于直立碳納米管陣列的可拉伸超級(jí)電容器領(lǐng)域取得新進(jìn)展。該研究中，科研人員成功利用褶皺的Au-CNT直立陣列（Au-CNT-forest）制作了耐用的高性能可拉伸電極，并以此為基礎(chǔ)制備了對(duì)稱(chēng)雙電極超級(jí)電容，在上千次拉伸實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出非常好的機(jī)械性能和優(yōu)異的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，可拉伸Au-CNT-forest電極的電阻比單純的CNT-forest電極的電阻低了約一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到了比較厚的CNT網(wǎng)絡(luò)薄膜電極的電阻水平。在不同應(yīng)變條件下（面積應(yīng)變?yōu)?％至800％），在較大的充電/放電速率（80 mA/cm²）下，雙向可拉伸Au-CNT-forest電極表現(xiàn)出近乎不變的電化學(xué)性能，這是先前制備的純碳納米管電極無(wú)法實(shí)現(xiàn)的（Advanced Energy Materials, 2019）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在很大的應(yīng)變載荷下，褶皺Au-CNT-forest超級(jí)電容器具有卓越的機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性,在40 mA/cm²的電流密度下其比電容可達(dá)6 mF/cm^-2。本項(xiàng)研究提供了一種簡(jiǎn)易的利用直立納米管或其他材料納米線(xiàn)陣列制備可拉伸超級(jí)電容器或可拉伸電池的新方法。

圖1：基于褶皺Au-CNT-forest的可拉伸電極的制備和表征。

圖2：?jiǎn)蜗蚩衫霢u-CNT-Forest 電極的電化學(xué)性能。

圖3：雙向可拉伸Au-CNT-Forest 電極的電化學(xué)性能。

圖4：?jiǎn)蜗蚩衫霤NT-forest電極與Au-CNT-Forest 電極的在不同應(yīng)變下的電化學(xué)阻抗譜的變化和對(duì)比。

圖5：可拉伸Au-CNT-Forest 電極的機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。

圖6：不同測(cè)試條件下Au-CNT forest 超級(jí)電容器的電化學(xué)性能比較。

  以上成果發(fā)表在Cell出版社的旗艦期刊Matter上在線(xiàn)發(fā)表。論文共同第一作者為周逸豪博士，論文共同通訊作者為密歇根州立大學(xué)曹長(zhǎng)勇教授和杜克大學(xué)Jeff Glass教授。

  論文鏈接:“Robust and High-Performance Electrodes via Crumpled Au-CNT Forests for Stretchable Supercapacitors,” Yihao Zhou, Changyong Cao*, Yunteng Cao, Qiwei Han, Charles B. Parker, Jeffrey T. Glass*. Matter, 2, 1–17，2020. DOI: 10.1016/j.matt.2020.02.024https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.02.024

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