多功能纤维为可穿戴设备提供更高的能量存储能力

最新的可穿戴设备，例如三星的GalaxyRing和苹果的VisionPro，正在使医疗保健更进一步，甚至使人们能够进行虚拟工作。鉴于可穿戴设备体积小、重量轻的特点，电池容量不可避免地受到限制，这仍然对整合多种功能构成了技术障碍。为了让可穿戴设备充分发挥其潜力，有必要开发一种更轻、“少而多”的能量存储方法。

由全北功能复合材料中心的HyeonsuJeong博士和NamdongKim博士以及碳聚变材料中心的SeungminKim博士领导的联合研究小组开发了一种可以储存能量的纤维状电极材料。该研究发表在《先进能源材料》杂志上。

这些纤维坚固、轻质且高度柔韧，使可穿戴设备的外形尺寸具有更大的自由度，并且能够制成各种形状和应用。

碳纳米管纤维柔韧、轻质，并具有优异的机械和电学性能，使其成为可穿戴设备的有前途的材料。然而，由于其比表面积小且缺乏电化学活性，以往的研究主要将其用作集流体并在其表面涂覆活性材料。

然而，这种方法不仅由于额外材料和工艺的成本较高而不经济，而且在长期使用或物理变形过程中活性材料与纤维分离的可能性很高。

为了解决这个问题，韩国科学技术研究院(KIST)研究团队开发了一种无需活性材料即可具有高储能能力的纤维电极材料。该团队通过对粉末状碳纳米管进行酸处理和改性，然后将其纺成纤维，开发出兼具电化学活性和优异物理性能的碳纳米管纤维。

改性后的碳纳米管纤维比普通碳纳米管纤维的储能能力提高33倍，机械强度提高3.3倍，导电率提高1.3倍以上。此外，由于储能电极材料仅使用纯碳纳米管纤维开发，因此可以利用湿法纺丝技术进行批量生产。

当使用纤维状超级电容器进行测试时，它们在打结时保留了近100%的性能，并且在5,000次弯曲测试后保留了95%的性能。当使用普通纤维和碳纳米管纤维的组合，经过弯曲、折叠和清洗后，将它们编织成数字手表的腕带时，它们也表现良好。

KIST的KimSeung-min博士表示：“我们已经证实，最近作为二次电池导电材料再次受到关注的碳纳米管可以用于更广泛的领域。”

联合研究员HyeonSuJeong博士表示：“碳纳米管纤维是一个竞争激烈的领域，因为我们拥有原创技术，与先进国家没有太大技术差距。”他补充道，“我们将继续研究以应用它作为非典型储能的核心材料。”

另一位联合研究员Nam-dongKim博士表示：“我们目前正在进行研究，将该技术应用于具有更高能量密度的纤维型电池，超越超级电容器。”