Negli ultimi anni, con lo sviluppo della scienza e il continuo cambiamento tecnologico, i dispositivi indossabili intelligenti sono diventati uno dei poli di ricerca più importanti. Per soddisfare la domanda di energia dei prodotti elettronici indossabili, l'applicazione di nuove tecnologie di accumulo di energia nel settore dei dispositivi indossabili intelligenti di fascia alta ha attirato molta attenzione. Lo sviluppo di supercondensatori flessibili (FSC) ad alta densità energetica è diventato una delle grandi sfide nel campo delle nuove energie.

Il nanofoglio bidimensionale di boro è teoricamente quattro volte più capacitivo del grafene ed è uno dei materiali preferiti per gli elettrodi dei supercondensatori. Tuttavia, a causa della differenza di conduttanza interstrato, della ridotta area superficiale specifica e della bassa porosità, limita notevolmente il trasferimento di carica, la diffusione e l'accumulo di ioni quando applicato ai supercondensatori, con conseguente difficoltà di miglioramento della sua densità energetica. Pertanto, lo sviluppo di nuovi FSC bidimensionali a base di boro con elevata porosità, ampia area superficiale specifica e alta densità energetica è diventato un importante argomento di ricerca.

Per risolvere i problemi sopra descritti, il team di ricerca dell'Università di Tecnologia di Nanchino è partito dalla progettazione della nanostruttura ordinata di nanosfoglie di boro e ha preparato l'elettrodo in fibra di nanosfoglie eterogenee boro-carbonio anisotropiche (ABCN) utilizzando la tecnologia di filatura elettrostatica a microfluidi. Basandosi sulla strategia di stripping e condensazione in fase gassosa bottom-up, il legame bB tra il boro massiccio è stato aperto per formare una nanosfoglia di boro bidimensionale. Allo stesso tempo, il legame chimico bC è stato introdotto nella nanosfoglia di bC e la nanosfoglia di carbonio drogata con azoto è stata corrotta in situ per formare una nanosfoglia eterogenea a doppio strato boro-carbonio. La nanosfoglia può migliorare l'accoppiamento di interfaccia, migliorare la capacità di trasferimento di carica e promuovere efficacemente la diffusione cinetica e l'accumulo di ioni.

Il principio di sintesi degli ABCN e la morfologia del boro a blocchi, del boro nanosheet e degli ABCN

Allo stesso tempo, per risolvere il problema della scarsa flessibilità meccanica e della difficoltà nella preparazione di elettrodi FSC su ampie superfici, i ricercatori hanno costruito elettrodi in tessuto ad elevata flessibilità e conduttività utilizzando il metodo della filatura elettrostatica a microfluidi (rispetto alla filatura elettrostatica tradizionale, la composizione e la struttura del fluido di filatura possono essere controllate dinamicamente utilizzando il flusso laminare e le caratteristiche di diffusione dei fluidi). Gli FSC costruiti con l'elettrodo in tessuto hanno mostrato un'elevatissima capacità di accumulo di energia, con una densità energetica di 167.05 mWh/cm3 e una capacità specifica di volume di 534.5 F/cm3, che ha fornito la base per l'applicazione degli FSC come alimentatori indossabili a grande deformazione.

Membrana in fibra nanocomposita ABCN preparata mediante elettrofilatura microfluidica e sue proprietà

Sulla base della ricerca di cui sopra, gli FSC e i sensori di pressione sono integrati nel tessuto per formare un sistema indossabile di rilevamento dell'energia, in grado di monitorare costantemente e in tempo reale vari segnali fisiologici del corpo umano, come il polso, il battito cardiaco, i segnali di flessione delle dita, della schiena e del collo, ecc., fornendo un nuovo modo per l'applicazione pratica degli FSC nel campo dei dispositivi indossabili.

Accumulo di energia indossabile - sistema di rilevamento e sua applicazione

Link alla tesi: https://doi.org/10.1002/anie.202011523