科学探索|受到手风琴样貌启发的超级电容器融合了灵活性和高容量受到手风琴样貌启发的超级电

柔性电子产品可以在弯曲的显示器、可穿戴设备或太阳能方面开辟一些有趣的可能性，但是开发柔性能源存储设备来为它们供电则完全是另一个挑战。中国的科学家们已经展示了对这一问题的创造性解决方案，他们设计了一种新型的超级电容器，由于手风琴式的皱纹，这种电容器在拉伸和扭曲时能保持高容量。

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虽然今天的锂电池具有很高的能量密度，因此可以长时间储存能量，但它们的功率密度很低，这意味着它们只能提供小规模的电力，并且需要很长时间来充电。超级电容刚好相反，它可以快速充电，并在放电时提供巨大的功率密度，但不能容纳那么多的能量。
【科学探索|受到手风琴样貌启发的超级电容器融合了灵活性和高容量】这使得超级电容器在某些能源存储应用中成为一个有吸引力的提议，而科学家们正在设法为可伸展的电子产品提供动力。迄今为止取得的一些进展集中在使用被称为MXenes的二维高导电材料系列。这些是过渡性金属碳化物、碳氮化物或氮化物的组合，研究人员已经在使用它们的薄片形成具有大表面积的多层超级电容器电极的方法层面取得了一些成功，因此它具有较高的能量储存潜力。
但是基于MXene的电极在弯曲时容易断裂，就像它们在柔性或可拉伸电子设备中一样，因此科学家们不得不整合聚合物或其他材料，使其更加柔韧。然而，这些添加物的一个缺点是，它最终降低了材料的存储能力。
这项新研究的作者从手风琴中获得灵感，研究人员可能已经想出了解决这个问题的办法。在南京大学Kong Desheng的领导下，研究小组首先制造了一个由纯碳化钛纳米片组成的纹理薄膜，然后将其分层在一块预先拉伸到其放松尺寸的800%的丙烯酸弹性体上。松开弹性体会使其缩回到原来的尺寸，并在此过程中皱成手风琴式的皱纹。这种有弹性的MXene作为该团队的超级电容器的电极，一对三微米厚的材料夹在由聚乙烯醇-硫酸凝胶制成的电解质中间。
该团队随后的实验表明，受手风琴启发的超级电容器可以被反复拉伸和放松而不产生损坏，并且不影响其存储电荷的能力。其容量与其他用MXenes建造的超级电容器相当，但关键的区别是它可以被拉伸到800%而不破裂。将该材料拉伸1000倍以上，其储能能力只下降到90% 。
这种高容量和极端的可拉伸性，有朝一日可以看到该团队的超级电容器被用于可穿戴电子设备或其他需要经历形变的能源存储设备的应用。