受Bioarmor启发的3D电极，用于高电容可拉伸超级电容器

《Advanced Functional Materials》：Bioarmor-Inspired 3D Electrodes for High-Capacitance Stretchable Supercapacitors

可拉伸超级电容器通过仿甲虫外骨骼结构设计，采用致密导电多孔柱体与柔性基底复合，实现高活性材料PEDOT（10mg cm?2）负载与机械柔韧性的平衡，厚度仅900μm。该电极可集成到无线充电的柔性电子系统中，解决了高比电容与可变形之间的长期矛盾，为可穿戴设备提供新型储能方案。

　　

摘要

可拉伸超级电容器对于推动下一代可穿戴设备的发展至关重要，但它们面临着电容面积不足的挑战。尽管三维电极可以提高活性材料的用量，但其较大的厚度会增加电极的硬度并限制其变形能力。受犰狳外壳的启发——犰狳的外壳在弹性皮肤中嵌入了坚硬的骨板，以实现最佳的防护和灵活性——本研究设计了一种三维电极，旨在平衡这些相互矛盾的要求。该电极由密集排列的多孔导电柱组成，这些导电柱固定在柔软的电流集流体上，从而有效分离了电化学功能与机械功能。这些厚度为900微米的导电柱起到了多孔支架的作用，使得活性材料PEDOT的负载量可达到10毫克/平方厘米（10 mg cm^?2）。同时，电流集流体能够有效分散施加的张力，使电极具有出色的变形能力。为了展示其实际应用，这些超级电容器被集成到一个柔软的、无需外接电源的电子系统中，该系统包含无线充电电路和贴合皮肤的LED阵列，可实现持续运行。通过有效解决高电容与机械柔顺性之间的长期矛盾，这种仿生电极设计为可穿戴技术提供了一种创新的方法，用于制造高性能、抗变形的储能设备。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。