【摘 要】
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随着物联网和5G智能时代的到来,人们对服用纺织品的要求已不拘泥于保暖防晒等基本功能,服装数字化、智能化已成为消费者新的追求,而设计制备与之匹配的能提供能量的储能器件成为关键。未来的能量存储器件不仅应具备更加优异的电化学性能、更可靠的安全性及更长的循环寿命,而且应该在轻量化、柔性化、集成化等功能特性上与纺织品及其他微型电子器件兼容。平面微型超级电容器（MSCs）,因具有功率密度高、机械柔性优异、循环
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随着物联网和5G智能时代的到来,人们对服用纺织品的要求已不拘泥于保暖防晒等基本功能,服装数字化、智能化已成为消费者新的追求,而设计制备与之匹配的能提供能量的储能器件成为关键。未来的能量存储器件不仅应具备更加优异的电化学性能、更可靠的安全性及更长的循环寿命,而且应该在轻量化、柔性化、集成化等功能特性上与纺织品及其他微型电子器件兼容。平面微型超级电容器（MSCs）,因具有功率密度高、机械柔性优异、循环寿命长等优势,受到人们的广泛关注。但能够应用到柔性可穿戴智能纺织品中的MSCs,还需要在制备技术、机械柔性与电化学性能间进一步开展探索。本课题受纺织染整中数码印花技术的启发,设计出通过激光打印技术制备平面MSCs的方案,通过解析制备技术参数与MSCs电化学性能间的关系,揭示出二维和三维（3D）结构储能器件的离子传输机理,尤其对器件的机械柔性及集成性能进行了深入探讨。（1）激光打印制备平面微型储能器件及其性能研究。通过商用激光打印机打印牺牲图案,并结合剥离过程得到高分辨、导电性优良的图案化金属层,进而通过电化学沉积方式并优化沉积时间,构建出含有330 nm MnO2层的平面MnO2/Pt MSCs。结果表明:MnO2/Pt-5 MSCs体积比电容达到615.14 F cm-3、体积能量达到54.679 m Wh cm-3,功率密度达到11.677 Wh cm-3;20000次循环后,电容保持在75%以上。这种简单灵活的制备方法,不仅可通过MSCs单元的串并联自由集成设计,满足消费者对平面微电子器件的高能量或高电压的需求,也可来源于互联网图片库或画图软件自我设计,在织物表面呈现出多元的MSCs花型图案,以此满足人们对MSCs功能性和艺术性统一的个性需求。（2）激光裁切创制平面化3D结构微型超级电容器及其性能研究。为提高平面MSCs的面积能量密度,通过激光裁切石墨纸（GP）,进而电化学沉积活性物质MnO2,构建出平面化3D结构GPMn MSCs,探究了电极间隙、活性物质负载量及电解质配置对MSCs电化学性能的影响。结果表明:平面化3D结构GPMn MSCs具有超多向离子传导机理;最大面积能量密度达到6.862μWh cm-2;50μA cm-2电流密度下,循环30000次后,容量保持在85%以上。除此以外,弯曲形变条件下,器件仍然具有优异的电化学稳定性,即在连续弯曲4000次后,容量保持率为95%。通过这种方式制备的平面化3D结构GPMn MSCs,在未来柔性智能纺织品拓展应用中将具有良好前景。
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