柔性可穿戴設(shè)備的快速發(fā)展，推動(dòng)了高性能、高安全性的柔性儲(chǔ)能器件的發(fā)展需求。傳統(tǒng)的電化學(xué)儲(chǔ)能器件例如鋰離子電池使用有毒有害易燃的有機(jī)電解液，存在很大的安全隱患。相比之下，新型的纖維狀水系鋅電池（AZBs）不僅柔性高、成本更低、比容量較高，而且安全無毒，對(duì)柔性儲(chǔ)能設(shè)備來說不失為一個(gè)更佳的選擇。
盡管纖維狀鋅電池具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)階段纖維狀A(yù)ZBs的制備大多依賴實(shí)驗(yàn)室手工制備，還無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化地生產(chǎn)。其主要的瓶頸在于缺乏高柔韌性、耐剪切、高容量的纖維電極。由于在機(jī)械生產(chǎn)加工的過程中，纖維電極會(huì)承受較高的剪切力和拉力等外力作用，容易造成活性物質(zhì)的脫落從而導(dǎo)致儲(chǔ)能器件的功能失效。因此，開發(fā)出具有高電化學(xué)性能同時(shí)又能與纖維基底之間存在高強(qiáng)度界面作用的電極材料是實(shí)現(xiàn)纖維狀A(yù)ZBs規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵之一。
近期，中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所的王斌和程建麗研究員，利用具有強(qiáng)粘附性和氧化還原活性的生物仿生材料–聚多巴胺（PDA），通過協(xié)同界面作用，將PDA同時(shí)作為有機(jī)電極材料和納米結(jié)合劑錨定到碳納米管纖維表面，開發(fā)出具有大容量、高柔性和長(zhǎng)耐久性的可編織、可縫紉、可洗滌的AZBs-基纖維電極(PCNF)和織物型能源器件。
聚多巴胺含有大量酚羥基（羰基），可以和金屬離子結(jié)合，是具有氧化還原活性的生物分子類電極活性材料，被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能材料領(lǐng)域。但聚多巴胺（PDA）作為電池活性材料容量很低，限制了其在電池中的應(yīng)用。研究者通過熱處理去除PDA中可溶性雜質(zhì)和提高活性官能團(tuán)的比例，優(yōu)化后的PDA在電解液中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。優(yōu)化后的纖維電極PCNF在50 mA g-1的電流密度時(shí)，可提供372.3 mA h g-1的高比容量。以1000 mA g-1的電流密度循環(huán)時(shí)，在1700次循環(huán)之后仍具有80%的高容量保持率，3500次循環(huán)后還能夠擁有60％的容量保持率。
聚多巴胺沉積在碳材料基底上作為纖維電極，表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和穩(wěn)定性，可以通過縫制或編織的方法將纖維電極PCNF集成到織物中，制備與織物完全融合的柔性織物型能源器件。柔性織物型電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，無論是在水中洗滌3小時(shí)，還是在不同條件下彎曲、縫合和編織，儲(chǔ)能織物都能夠保持穩(wěn)定的電化學(xué)性能，為各種小型電子設(shè)備穩(wěn)定供電。
研究的意義在于，利用界面協(xié)同優(yōu)化作用，將PDA同時(shí)作為活性物質(zhì)和納米粘結(jié)劑沉積在柔性基底上，制備出高強(qiáng)度的柔性纖維電極，使其可以通過傳統(tǒng)紡織行業(yè)的編織、縫紉的方法來制備定制化的儲(chǔ)能織物，對(duì)于實(shí)現(xiàn)柔性儲(chǔ)能設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)以及應(yīng)用，具有一定借鑒的意義。
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Bioinspired Interface Design of Sewable, Weavable, and Washable Fiber Zinc Batteries for Wearable Power Textiles
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202004430
