原創： 南工大陳蘇課題組

第一作者： 程恒洋 ；通訊作者：武觀、陳蘇       
通訊單位： 南京工業大學論文DOI：10.1002/anie.201911023   

摘要

使用液滴微流控反應的方法，通過組成基元在微液滴限域空間內快速反應，從而連續制備均一有序結構的微-介孔碳骨架納米雜化電極材料。同時，針對電極力學性能差和難以規模化制備等難題，首次開發微流體氣噴紡絲方法，大規模制備具有高導電性和高力學性能的纖維基超級電容器電極材料。

背景介紹

如何用先進有序微結構材料實現新能源器件的高性能化是能源化工領域前沿課題之一。其中，構筑具有高能量密度、大形變穩定供能、高柔性編織、自供能等性能的纖維基超級電容器被寄予厚望，它對促進可穿戴電子產業進步具有重大意義。然而，由于纖維基材料微結構重復性差、難以調控、成分不均一及規模化制備困難等，造成器件中電荷遷移速度慢、累積總量少、能量密度低等缺點，一直是該領域的瓶頸。

本文重點

結合微液滴合成和微流體氣噴紡絲方法，實現對納米雜化電極材料組成和結構的有效調控，以及柔性纖維基超級電容器電極的規模化制備，為柔性可穿戴產業的發展提供新途徑。

圖文解析

圖1. 微流體氣噴紡絲機

圖2. (a) 微液滴法制備微介孔碳骨架納米材料示意圖；(b) 單個液滴不同反應時間的光學照片。

圖3. (a) 微流控氣噴法大規模制備柔性纖維基電極示意圖；(b~d) 不同紡絲液中活性材料含量（3wt %，5wt %，8 wt %）制備得到纖維的直徑分布圖；(e) 不同紡絲液濃度纖維電極的平均直徑、電導率與延伸率的關系；(f) 所制備的柔性纖維基電極照片和纖維的SEM圖像。

圖4. (a) 超級電容器的構筑及其應用示意圖；(b) 不同組分構筑的電極結構示意圖，基于 MOFs 得到的碳多面體單層化學結構示意圖；(c) 不同電極組裝的超級電容器的 CV 循環曲線圖；(d) 不同電極組裝的超級電容器的充放電曲線圖；(e) 不同電極組裝的超級電容器的比電容值；(f) 不同電極組裝的超級電容器的阻抗分析。

圖5. (a) 超級電容器不同彎曲角度下的電容保留率；(b) 超級電容器不同形變下的充放電曲線圖；(c) 柔性超級電容器嵌于織物實現對智能衣物供能；(d) 柔性超級電容器結合太陽能電池得到的自供能系統。

總結與展望

本工作創新性地將微液滴合成方法與微流體氣噴紡絲技術結合，實現對多孔結構導電納米材料組成和結構的有效調控，以及柔性纖維電極的規模化制備。該方法簡單、高效，對于規模化制備柔性導電纖維材料以及其在可穿戴器件方面的應用具有指導意義。

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文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201911023

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