电子皮肤能量存储的理想角度

DGIST的研究人员发现了一种廉价的制造微型能量存储设备的方法，该设备可以为其他可穿戴式皮肤传感器和其他电子设备提供有效的动力，从而为远程医疗监控和诊断以及可穿戴设备铺平了道路。他们的发现发表在《纳米能源》杂志上。

大邱庆北科技大学(DGIST)的材料科学家Sungwon Lee和Koteeswara Reddy Nandanapalli与韩国同事一起开发了制造工艺。成功的关键是在特定的角度和温度下将一定量的石墨烯墨水喷涂到柔性基材上。

Lee说：“对远程诊断和可穿戴设备的需求正在迅速增加，因此，许多科学家将他们的研究重点集中在开发各种电子皮肤设备上，这需要极小且灵活的能源设备作为电源。”

对微型超级电容器充电时，正负电荷会积聚在其电极上并作为能量存储。与电池相比，这些设备的充电和放电时间短，但是它们不能存储太多能量。

石墨烯是用于改善其能量存储的有前途的材料，因为石墨烯电极是高度多孔的，因此为发生必要的静电反应提供了较大的表面积。

改善微型超级电容器性能的另一种方法是通过制造具有互锁齿的电极(如两个梳子的齿)来增加可存储的能量。但是此过程很昂贵，并且不适用于对温度敏感的柔性基板。

显而易见的解决方案是将石墨烯喷涂到柔性基板上，但是垂直喷涂导致电极不是很多孔并且具有致密的层，从而使其性能较差。

Lee，Nandanapalli及其同事将石墨烯墨水喷涂到薄而柔软的基板上，从而制造出具有互锁电极和出色性能的薄纸型微型超级电容器。

他们探索的诀窍是在45°角和80°C的温度下将十毫升的石墨烯墨水喷涂到柔性基板上。这导致形成多孔的多层电极。该团队的微型超级电容器薄了23微米，比纸薄了十倍，并且在弯曲10,000次后仍保持了机械稳定性。它每平方厘米可以存储大约8.4微法拉的电荷(比今天报道的值高2倍)，功率密度约为1.13千瓦/千克(比锂离子电池高4倍)。该团队证明了它可以用于粘附在皮肤上的可穿戴设备中。

Lee表示：“我们的工作表明，有可能减小用于柔性设备的微型超级电容器的厚度，而不会降低其性能。” 该团队的下一个目标是提高微型超级电容器的存储容量和能耗，使其可用于现实世界的电子皮肤设备。