柔性可穿戴設備的快速發(fā)展，推動了高性能、高安全性的柔性儲能器件的發(fā)展需求。傳統(tǒng)的電化學儲能器件例如鋰離子電池使用有毒有害易燃的有機電解液，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，對柔性儲能設備來說不失為一個更佳的選擇。
盡管纖維狀鋅電池具有許多突出的優(yōu)點，但是現(xiàn)階段纖維狀AZBs的制備大多依賴實驗室手工制備，還無法實現(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。由于在機械生產(chǎn)加工的過程中，纖維電極會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)的脫落從而導致儲能器件的功能失效。因此，開發(fā)出具有高電化學性能同時又能與纖維基底之間存在高強度界面作用的電極材料是實現(xiàn)纖維狀AZBs規(guī)?；瘧玫年P(guān)鍵之一。
近期，中國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同時作為有機電極材料和納米結(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，被廣泛應用于儲能材料領域。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，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，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)異的電化學性能，無論是在水中洗滌3小時，還是在不同條件下彎曲、縫合和編織，儲能織物都能夠保持穩(wěn)定的電化學性能，為各種小型電子設備穩(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能織物，對于實現(xiàn)柔性儲能設備的規(guī)?；a(chǎn)以及應用，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
