作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 各种FASC器件制造工艺示意图
传统FASC装置的制备过程与(1)平行，(2)扭曲，(3)和(4)同轴结构的比较示意图，(5)我们通过直接相干多墨水书写(DCMW)技术开发的三维(3D)印刷同轴FASC装置
学分:科学进步，doi: 10
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abd6978 纤维形状的超级电容器是可穿戴电子设备理想的高性能储能技术
用于器件制造的传统方法是基于构造能量器件的多步骤方法，这在制造、可扩展性和耐用性方面存在挑战
为了克服这些限制，赵景鑫和一组科学家在中国的物理，电化学能源，纳米科学，材料和化学工程，美国
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和新加波开发了一种一体式同轴纤维形不对称超级电容器(FASC)装置
该团队通过设计同轴针的内部结构以及调节多种墨水的流变特性和进给速度，使用直接连贯的多种墨水书写、三维(3-D)打印技术
该设备提供了卓越的面积能量和功率密度以及出色的机械稳定性
该团队将纤维形状的不对称超级电容器(FASC)与机械单元和压力传感器集成在一起，以实现高性能和自供电的机械设备来监控系统
这项工作现在发表在《科学进展》杂志上
基于纹理的可穿戴电子设备 基于纺织品的可穿戴电子设备的进步可以通过先进的纤维储能装置来实现，该装置具有优异的可编织性、灵活性和高机械稳定性
纤维形非对称超级电容器因其高功率密度、长循环稳定性、优良的可逆性和提高的能量密度而被广泛用于开发可穿戴电子器件，作为一种有前途的纤维形储能器件
在这部作品中，周等人
集成高通量三维打印直接墨水书写技术，构建内部结构紧凑的一体式同轴FASC器件
为此，他们合理地设计了使用三维打印直接、连贯的多墨水书写的设备
该团队还通过电荷匹配不同的电极设计了多芯壳针的内部结构，在三维打印过程中，多种油墨的流变特性从最内层到最外层相互匹配
成品油墨的流变性能
(一)可印刷同轴FASC器件的3D印刷挤出工艺
(二)3D打印同轴FASC器件是通过后续固化工艺实现的
纯多壁碳纳米管、五氧化二钒纳米纤维/多壁碳纳米管和纳米纤维/多壁碳纳米管浆料油墨的流变性能
纯多壁碳纳米管、V2O5纳米/多壁碳纳米管和钒氮纳米/多壁碳纳米管油墨的表观粘度与剪切速率的关系
纯多壁碳纳米管、V2O5纳米/多壁碳纳米管和VN纳米/多壁碳纳米管浆料的储能模量和损耗模量分别为剪切应力的函数
学分:科学进步，doi: 10
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abd6978 该器件包含紧凑的四层结构，缩短了离子扩散路径，从而提高了器件在弯曲时的电化学性能和机械耐久性
该团队制作了一个概念验证FASC器件，分别用氧化钒纳米线/多壁碳纳米管和氮化钒纳米线/多壁碳纳米管作为正电极和负电极
这种结构的性能超过了现有的三维打印超级电容器设备，为在可穿戴电子设备中形成按需纤维能量存储设备提供了一种通用策略
制造过程 研究人员接下来合成了正负电极来构建高能量密度的FASC装置
此后，他们使用场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜揭示了样品的微观结构和形态
然后，他们使用x光电子能谱(XPS)来测量准备好的样品的表面元素
该团队使用印刷好的相干多种油墨和具有良好流变性能的聚乙烯醇作为三维可印刷油墨来实现同轴FASC装置
他们调整了油墨的组成和流变性能，以成功挤出，保持自支撑模式
该团队用赫歇尔-布尔克利模型解释了油墨的行为，其中粘度值适合印刷
电极和3D打印同轴FASC器件的结构
(A至D)v2o 5 NW/多壁碳纳米管纤维、v2o 5 NWs/多壁碳纳米管@凝胶电解质纤维、v2o 5 NWs/多壁碳纳米管@凝胶电解质@ VN NW/多壁碳纳米管纤维和3D打印同轴FASC装置支柱的横截面示意图
(5)v2o 5 NW/多壁碳纳米管纤维，(6)v2o 5 NWs/多壁碳纳米管@凝胶电解质纤维，(7)v2o 5 NWs/多壁碳纳米管@凝胶电解质@ VN NW/多壁碳纳米管纤维，(8)三维印刷同轴FASC器件
(从1到N)带有不同图案的印刷FASC装置
比例尺，50微米(东和西)，100微米(东和西)，10毫米(东到北)
照片学分:(一至N)西安理工大学鲁红雨
学分:科学进步，doi: 10
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abd6978 器件的材料特性和电化学柔性性能 研究小组对实验室开发的不同正负电极的扫描电子显微镜图像的横截面进行了表征
他们利用x光粉末衍射、x光电子能谱和拉曼光谱确定了材料墨水的相组成和化学状态
该团队观察了三维打印同轴FASC器件的横截面扫描电镜图像，并通过三维打印离散余弦变换微波技术打印了各种复杂的图案，以证明该装置能够形成具有高精度和可扩展性的三维打印同轴FASC器件
应力-应变性能结果显示印刷纤维电极和器件具有优异的柔韧性和机械强度
研究小组根据孔径分布观察了正负电极纤维的中孔结构，这有利于快速充电/放电过程中电解质离子的传输和扩散
3D打印同轴FASC器件的电化学性能
(一)组装设备示意图
所得器件在不同电压窗口下的循环伏安曲线
(三)不同扫描速率下器件的循环伏安曲线
不同电流密度下器件的恒电流充放电曲线
设备的额定能力
(六)这种3D打印同轴FASC装置与以前的FASC装置(7、10、14、50–56)的电化学性能比较
术语注释:CA，面积比电容；EA，面能量密度；面积功率密度
以75毫伏·秒1的扫描速率在不同弯曲周期获得的循环伏安曲线
5000次循环后的电容保持率
(一)红色1的照片
由充满电的3D印刷同轴FASC设备照明的5伏发光二极管
照片信用:(一)西安理工大学鲁红雨
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abd6978 将三维打印同轴FASC设备集成在可佩戴设备中
为了实现高能量密度的三维打印同轴器件为可穿戴器件，周等
通过电荷匹配选择准确的正负电极电化学性能
印刷的同轴FASC器件具有出色的电化学性能，工作电压高达1
6伏
该团队使用恒电流充放电和电化学阻抗谱评估了制造的三维印刷同轴设备的电化学性能
结果揭示了所制备的FASC器件的期望电容行为
整个装置的比电容超过了大多数传统的纤维形状的超级电容器
为了证明给电子设备供电的可行性，周等人开发了一种完全充电的龙形三维打印同轴设备来照明1
5伏红色发光二极管
自供电系统的应用
(一)自供电储能转换系统示意图
太阳能被转化为电能，然后转化为机械能
(二)仅使用太阳能电池的抽水原型照片；在没有额外能量的情况下获得较少的溶液
(三)水泵原型的照片，包括以晶片为基础的FASC装置和太阳能电池的自供电配置；利用能量存储获得更多的解决方案
(四)泵送溶液的体积与太阳能电池和自供电系统的时间之间的关系
(五)仅使用太阳能电池的观光缆车运行照片
观光缆车不需要额外的能量储存就能跑很短的距离
(六)观光缆车运行的照片，该观光缆车采用包括基于芯片的FASC装置和太阳能电池在内的自供电配置
观光缆车可以带储能跑很长的距离，显示出更长的耐用性
(七)自供能系统观光缆车和仅使用太阳能电池的观光缆车的运行距离与时间的关系
自供电观光缆车的运行速度比只使用太阳能电池的要快
摄影学分:(B、C、E、F)澳门大学赵景信
学分:科学进步，doi: 10
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abd6978 构建自供电、自移动的储能转换系统 科学家们随后将FASC装置与太阳能电池和电动机结合起来，实现了一个将太阳能转化为电能和机械能的自供电系统
由于多尺度结构的存在，在基于生物感应多尺度结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚吡咯印章的设置中，所制造的三维印刷同轴FASC装置为压力传感器提供电力
该团队在600次加载/卸载循环后没有观察到性能下降，以证明该器件具有出色的循环稳定性
因此，具有高能量密度的一体式同轴固态FASC器件被证明是人工智能、机器人和传感新领域的一个有前景的候选者
通过这种方式，赵景信和他的同事开发了一种三维打印直接相干多墨水书写技术，以多种墨水制造具有超高面能量或功率密度的一体式同轴固态FASC器件
印刷同轴FASC器件结构紧凑，具有出色的灵活性和机械稳定性，优于传统结构的不对称超级电容器
三维打印同轴FASC设备作为按需能量存储单元，以更高的性能驱动风车、泵样机、电动汽车和压力传感器
其结果为设计高性能、按需、基于光纤的高级可穿戴应用储能设备提供了一个高度通用的解决方案
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