高丽大学世宗校区电子机械融合工程系的安俊成教授（副校长金英）与其研究团队开发了一种用于下一代可穿戴电子设备的创新能源存储解决方案——纤维型超级电容器（Fiber Supercapacitors, FSs）。

 

此次研究是在今年3月首次公开的“世界首个智能纺织用金属/陶瓷纳米带纱线制造技术”成果基础上进行的后续研究。本研究由韩国原子能研究院郑容禄博士、KAIST机械工程系朴仁圭教授、KAIST新材料工程系金相昱教授和韩国机械研究院郑俊浩博士共同进行。

 

△（从左至右）高丽大学世宗校区电子机械融合工程系安俊成教授、KAIST新材料工程系研究副教授Suchithra Padmajan Sasikala、韩国原子能研究院郑容禄博士、韩国机械研究院郑俊浩博士、KAIST新材料工程系金相昱教授、KAIST机械工程系朴仁圭教授。

 

研究团队利用基于过渡金属氧化物（Transition Metal Oxides, TMOs）的纳米带纱线，通过物理沉积法成功开发了超高性能超级电容器，从而克服了传统化学沉积技术的局限性。

 

相关研究成果论文发表在新材料/纺织领域全球顶级国际期刊《Advanced Fiber Materials》（影响因子17.2, JCR 1.7%, 材料科学-纺织领域排名1/29）2024年7月的网络版上。高丽大学世宗校区的安俊成教授、KAIST新材料工程系研究副教授Suchithra Padmajan Sasikala和韩国原子能研究院郑容禄博士共同参与了论文的第一作者。

 

纤维型超级电容器凭借其柔韧性和轻量化的特性，正逐渐成为可穿戴电子设备高效能源存储解决方案，具有广泛应用潜力，包括医疗健康、环境监测和军事工业等多个领域。

 

传统的纤维型超级电容器主要采用电化学双层电容器（Electric Double-Layer Capacitor, EDLC）材料，如碳纳米管（CNT）纤维或石墨烯纤维（GF），这些材料具有高度电导性。然而，这些材料在电化学活性和能量密度方面存在局限性。因此，近年来研究者们致力于在纤维型超级电容器中加入具有赝电容特性的材料。

 

过渡金属氧化物作为典型的赝电容材料，具有高能量密度、高静电容量及快速氧化还原反应特性。然而，目前开发的基于过渡金属氧化物的超级电容器制造方法主要依赖于化学沉积，导致材料结构不理想，并且需要粘合剂来固定赝电容材料，因此未能充分发挥其电化学性能的优势。

 

为了解决这一问题，研究团队通过纳米模具技术开发了纳米图案化过渡金属氧化物/金属/过渡金属氧化物三层结构的纳米带阵列纤维。通过选择性氧等离子体刻蚀工艺，将纳米带从基板上浮起，可以大面积形成纤维结构，从而在无粘合剂的情况下，直接在镍电极上沉积过渡金属氧化物，这项核心技术实现了高能量/功率密度和优异的电化学稳定性。