微型超级电容可为穿戴装置量身打造电源



微型超级电容可为穿戴装置量身打造电源

美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University；CWRU)的研究人员开发出一种软性的线形微型超级电容(microsupercapacitor)，可织入于外套、衬衫或衣裙中，从而为可穿戴式电子装置创造出量身打造的电源。

透过设计或以串联/并联的方式连接电容器，该元件可被量身打造成为搭配穿戴式装置所需的充电储存与传输。

尽管像随身摄影机、智慧眼镜、监测健康感测器与活动追踪器等穿戴式电子产品持续进展，但仍面临一项挑战——只能提供很少且充电麻烦的电源。

线形的微型超级电容器无需弯曲，即可织入白色织品中（来源：CWRU）。

“服装的大小是固定的，因此，为了在较小区域产生所需的功率密度，我们在作为主要电极的钛线上生长径向校准的氧化钛奈米管，”凯斯西储大学高分子科学与工程Kent Hale Smith教授戴黎明表示，“藉由增加电极的表面积，就能提高电容值。”

戴黎明与凯斯西储大学分子科学与工程系博士后研究员Tao Chen在最新一期的《能量储存材料》(Energy Storage Materials)期刊中发表了他们在微型超级电容的研究成果。

电容与电池是系出同门的储能元件，但电容提供了更快充电和放电的优点。

在这款新开发的超级电容器中，在调整过的钛线上覆以由聚乙烯醇和磷酸制造的固体电解质涂层，再用纱线或排列整齐的碳奈米管薄膜包覆钛线，作为次电极。氧化钛奈米管是一种半导体，可两电极的两个主动部份区隔开来，以免发生短路。

在进行测试时，当碳奈米管线纱股线从1增加到2再到3时，电容每微米(mm)的储电能力也从0.57毫法拉(mf)增加到0.9mf，再增加到1.04mf。

而当以碳奈米管薄层包覆时，增加了电极的有效面积，使微型超级电容每微米可储存1.84mf的电量。能量密度约为每立方公分0.16 x 10-3mW，而功率密度约为每立方公分0.01mW。

无论是否包覆线纱或薄层，微型超级电容在经过1,000次充放电周期后，仍能保有至少80%的电容。研究人员表示，为了搭配穿戴式装置的各种特殊电源需求，这种线形的电容器能以串联或并联的方式提高电压或电流。

当经过几百次的180度弯曲后，该电容器仍可展现毫无损耗的性能。而且采用薄层包覆的方式更能展现较高的机械强度。

戴黎明说，“这种微型超级电容十分轻柔，因此能整合于织物或纺织材料中，为穿戴式装置提供可穿戴的软性电源，而且也可用于自供电生物感测器或其他生医装置，特别适于人体内的应用。”

目前，研究人员正着手将线形电容织入纺织物中，并进一步使其与穿戴式装置整合。