浦项科技大学 (POSTECH) 化学工程系的 Jin Kon Kim 教授和 Keon-Woo Kim 博士与韩国工业技术研究院 (KITECH) 的 Chanwoo Yang 博士和 Seong Ju Park 研究员合作,在开发能够拉伸、扭曲、折叠和起皱的小型储能装置方面取得了重大突破。他们的研究成果发表在著名的电子工程期刊npj Flexible Electronics上。
可穿戴技术的出现带来了对储能解决方案的迫切需求,这种解决方案必须能够跟上软电子设备的灵活性和可拉伸性。微型超级电容器 (MSC) 因其高功率密度、快速充电和长循环寿命而成为可变形储能的有希望的候选者。然而,由于金 (Au) 等脆性材料通常被用作电极,因此制造能够在反复拉伸和扭曲下保持储能性能的交错电极图案仍然是一个巨大的挑战。同时,虽然共晶镓铟液态金属 (EGaIn) 具有高导电性和可变形性,但由于 EGaIn 的表面张力非常高,因此 EGaIn 的精细图案化极其困难。
研究团队利用激光成功在可拉伸的聚苯乙烯-嵌段-聚(乙烯-共-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯共聚物 (SEBS) 基板上制作出 EGaIn 和石墨烯(用作活性材料)层的精细图案。在 EGaIn 和石墨烯层的激光烧蚀过程中,底层可拉伸的 SEBS 基板未受损,从而保持了 MSC 设备的灵活性。即使在拉伸多达 1,000 次循环后,所得 MSC 的面积电容仍保持其原始值。此外,制造的 MSC 在各种机械变形下都能稳定运行,包括拉伸、折叠、扭曲和起皱(见附图)。
浦项科技大学的金金教授表示:“使用激光图案化液态金属电极代表着真正可变形储能解决方案的开发向前迈出了重要一步。随着可穿戴技术的不断发展,此类创新将在确保我们的设备能够适应我们动态生活方式的需求方面发挥重要作用。”