与使用过渡金属硫化物和碳纤维材料相比，当将双金属硫化物(特别是 ZnS/CuS)纳入柔性锂离子电容器的设计时，其电化学稳定性和性能显着提高。
技术越来越与日常生活融为一体，尤其是可穿戴、灵活的技术和智能设备。过渡金属硫化物 (TMS) 材料是开发柔性锂离子电容器 (FLIC) 时常用的阳极材料，但在付诸实践时却无法达到其理论性能。研究人员正在寻求通过开发可嵌入多通道碳纤维(CF)中的硫化锌纳米颗粒来改变这一现状，以提高 FLIC 的性能。
研究结果于 12 月 13 日发表在《能源材料与设备》杂志上。
研究人员利用溶液吹纺法来应对传统粉末电极的挑战，这种方法可以生产具有高孔隙率和大表面积的纤维片。随后进行硫化，向材料中添加硫离子。所得材料是嵌入 ZnS/CuS 纳米颗粒的多通道碳纤维。该材料表现出较低的电荷转移和离子扩散阻力，以及改进的高比容量和倍率容量。通过将混合金属硫化物与 FLIC 相结合，能量和功率密度得到了提高。
该研究的研究员兼作者 Bohan Li 表示：“提高 CF 基阳极材料的能量和功率密度的有效策略是将它们与高活性材料耦合。”
锌等金属与硫化物结合时，与碳纤维结合产生高容量阳极似乎具有良好的记录。它们的高活性水平可以使反应更快，这是 FLIC 改进的一个重要领域。
除了材料性能的改进之外，碳纤维网络的结构还减少了纳米颗粒聚集的机会，这有助于保持循环和稳定性的一致性。
“碳纤维起到导电网络和 3D 基质的作用，可适应体积膨胀并最大限度地发挥 ZnS 和 CuS 纳米颗粒的高容量特性。这提高了CF基负极材料的比容量和循环稳定性。”
碳纤维的三维基体还减少了 ZnS 和 CuS 的膨胀量。电池内部组件的膨胀至少会降低功能，最坏的情况会导致电池完全失效。
在测试该技术在压力(弯曲)下的可用性时，使用了软包电池。软包电池本质上是一个封闭的阳极和阴极，带有隔膜和导电材料;这些通常用于汽车、笔记本电脑或手机。结果表明，该技术非常灵活，可以使用各种弯曲角度来点亮 LED，并且在所有角度上都取得了成功。该技术不仅能够承受最初的弯曲，而且能够毫无问题地恢复到原来的形状，这是柔性技术功能不可或缺的一部分。
这种材料的目标是改进现有技术，以改进涌入主流的各种智能、灵活设备。这些类型的电子产品的改进可以带来更可持续的技术，可供消费者和公司广泛利用。在连续碳纤维网络上生产 ZnS/CuS 纳米粒子需要扩大规模，使其成为一种可用于便携式和可穿戴设备的技术，而不是 FLIC 中使用的典型 TMS。
清华大学先进材料重点实验室的李博涵、王冲、秦周扬、詹长振、李亮亮、沉万慈和黄正红，以及新型陶瓷与材料国家重点实验室的吕瑞涛和黄正红清华大学精细加工系和中国矿业大学化学与环境工程学院栾晨辉对这项研究做出了贡献。
国家自然科学基金委和内蒙古自治区重大科技专项的资助使这项研究成为可能。
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