面向可穿戴电子的新型柔性超级电容器方案

研究人员展示了他们设计的一种新型超级电容器，为可穿戴电子产品提供了潜在的电源解决方案。

脊形设计

可穿戴电子产业目前还处于初级阶段，这一领域的产品往往是新奇的。虽然智能手表和健康监视器确实存在，但它们几乎不可穿戴，而且体积庞大，难看。如果一项技术要被认为是真正可穿戴的，那么它应该像衣服一样穿着，并且使用起来很舒服。手表经常会用表带给皮肤带来不适，而戴臂的手机很重，会造成明显的劳损。现代电子产品不适用于可穿戴技术的原因是它们天生就有脊线。支撑微电子器件的芯片是一块实心硅，而芯片安装到PCB上需要被封装好，以防止对焊接焊盘造成损坏。因此，为了使可穿戴电子产品成为现实，需要能够随身体弯曲的电子产品，它们不会引起刺激，并且足够轻，不会成为负担。

一个可以被认为是真正可穿的产品的一个例子是由一个工程师团队开发的智能袜子，它允许糖尿病患者记录他们足部多个点的温度。传感器被编织到材料中，这种袜子，当穿上它时，它与普通袜子没有区别。然而，记录感官信息只需要很少的电力，处理信息的电路安装在一个嵌入式的容器中。这样处理电路得以变得灵活，但是电源仍然是脊形的。因此，不仅电子产品需要灵活，电源也需要灵活！

柔性超级电容器

来自阿尔托大学和麻省理工学院的一组研究人员开发了一种超级电容器，它具有高性能、制造成本低、环境友好和灵活的特点。一般的电池需要使用有机溶剂或强酸化合物，它们既危险又不环保。研究小组开发的超级电容器的设计利用了石墨烯、盐和氮，这些都是环保化合物。这种电容器分为两层，顶层由掺氮石墨烯薄片组成，然后悬浮在水凝胶中。底层有NaCl（盐）悬浮在氢气中，两层之间用一层薄薄的绝缘层隔开。然后将整个结构进一步夹在单壁碳纳米管集电器（即单壁碳纳米管）中，以形成柔性超级电容器。

这种超级电容器的优点是充电/放电速度快，寿命长，这是大多数电池技术所面临的两大优势。这使得设备可以快速充电，同时还具有与身体一起弯曲的能力，使其成为可穿戴电子产品的理想电源解决方案。环境因素也为一次性电子产品提供了机会，对环境的影响最小，同时也为电力提供了无毒的解决方案。

“我们制造了一个原型，在1000次拉伸循环后，在50%的应变下性能不衰减。为了确保低成本和更好的环境性能，我们使用了基于NaCl的电解液。然而，通过3D打印或其他先进制造技术的实施，制造成本可以进一步降低。”

结论

超级电容器提供大的能量密度，在低功率应用中非常有用。其灵活的能力为设计师提供了灵活的储能设计，而拥有一个环保的超级电容器有助于创造安全的产品。然而，超级电容器，尽管有其优点，但由于其高能量密度和快速放电能力，可能是危险的。因此，对于用于可穿戴电子产品的超级电容器，需要考虑安全措施。