石墨烯柔性超級電容：未來可穿戴設備供電的新選擇！

導讀

最近，英國曼徹斯特大學的一項最新研究開發出一種固態的柔性超級電容設備。通過絲網印刷技術，採用導電的石墨烯氧化物油墨，可以直接將它列印在紡織品例如棉織物上。

關鍵字

柔性、可穿戴技術、超級電容、石墨烯

背景

如今，可穿戴技術正迅猛發展，各種可穿戴智能產品例如智能織物、智能皮膚、智能手環、智能手錶、智能貼片、智能手套等等層出不窮，而且呈現出低成本、高舒適度、自供電、柔性化等等新趨勢。

然而，正如筆者之前多次介紹的，目前可穿戴技術發展的主要障礙因素仍然是電池。電池的續航能力有限，會影響到設備的正常使用；笨重和堅硬的外觀，也會影響到用戶體驗；反覆充電，更是為用戶增加不便；最後，安全性也是不容忽視的問題之一。

為了突破這一關鍵障礙，筆者曾經介紹過多個取代電池的自供電方案，例如利用太陽能、人體運動、環境熱量等等為可穿戴設備供電，但這些技術大多離成熟的大規模商用有一段距離。

另外，筆者也曾介紹過「超級電容」這一新型能量存儲設備，它為突破這一障礙又提供了一條新途徑。超級電容的作用與電池相似，但它可以進行快速充電，幾秒鐘之內就可以為設備完全充電。

創新

最近，英國曼徹斯特大學的一項最新研究開發出一種固態的柔性超級電容設備。通過絲網印刷技術，採用導電的石墨烯氧化物油墨，可以直接將它列印在紡織品例如棉織物上。

（圖片來源於：曼徹斯特大學）

這項最新研究巧妙地將石墨烯技術應用於印刷電子設備，有效地促進了可穿戴技術的發展。正如在《二維材料》雜誌所報道的，這種印刷的電極具有卓越的機械穩定性，因為油墨和紡織品襯底之間具有強大的交互作用。

技術

基於為可穿戴設備供電的特殊需求，這種能量存儲系統必須具有合理的機械柔韌性、很高的能量和功率密度、良好的運行安全性、較長的循環壽命和較低的成本。

以上這些都對於製造材料提出了很高的要求，然而使用石墨烯材料製成的柔性固態超級電容，可以很好滿足以上要求。石墨烯是一種性能卓越的二維材料，筆者之前也多次介紹，它是由碳原子構成蜂窩狀結構，且只有一層原子的厚度。

（圖片來源於：曼徹斯特大學）

它的導電、導熱、機械性能等都非常卓越，有著「新材料之王」的美譽。作為可穿戴設備來說，對於柔韌性會相對較高。而石墨烯恰好在這方面展示出了非常優秀的性能，經拉伸後，它的長度可以變為原始長度的120%。

這種良好的柔韌性將為可穿戴設備帶來各種應用，例如可以彎曲後佩戴在手腕上的智能手機、可以像報紙一樣捲起來的計算機、隨時響應環境變化的智能衣服等等。

氧化石墨烯是石墨烯的一種形式。通過一個類似油墨的解決方案， 便可以低成本地生產它。這種解決方案可以應用於紡織品，創造出超級電容，變成面料本身的一部分。

價值

進一步開發石墨烯氧化物印刷的超級電容，有利於深入挖掘可穿戴技術的巨大潛力。隨著進一步的研究和開發，一些應用例如可以監測運動表現的高性能運動服、嵌入式健康監測裝置、輕量級的軍事裝備、新型移動通信裝、甚至可穿戴的計算機，都將得以實現。

接下來，我們再來看看這項創新的研究人員都是如何評論的。英國國家石墨烯中心的知識交流人員、論文的合著者 Nazmul Karim 博士表示：

「使用簡單可擴展的列印技術，開發基於石墨烯的柔性織物超級電容，代表著朝著實現多功能的下一代可穿戴電子織物邁出了重要的一步。」

「它為製造環境友好和低成本的智能電子織物提供了新的可能性，這種電子織物能夠存儲能量，同時監測人類的活動和生理狀況。」

論文的另外一個合著者 Amor Abdelkader 表示：

「織物是最具柔性的襯底，這是我們首次印刷了一種穩定的設備，它可以存儲能量，並且像棉布一樣具有柔性。」

「這種設備可是可洗滌的，這一點使它具有用於未來智能衣服的實用可能性。我們相信這項研究將為使用二維材料油墨，製造位於織物上的其他類型的設備，打開了一扇門。」

參考資料

【1】http://www.manchester.ac.uk/discover/news/flexible-batteries-power-the-future-of-wearable-technology/

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