柔性和可穿戴器件的發(fā)展在近年來的研究中受到了廣泛關注。但是，能源供給器件的多重挑戰(zhàn)卻嚴格限制了其發(fā)展。雖然柔性電池在材料方面的研究已經(jīng)不是新課題，也取得了相當不錯的研究成果，但是，材料的柔韌性仍然是限制柔性能源器件發(fā)展的重要因素，包括電極材料及導電基底在內的柔性特質都亟待提升。之前報道的柔性材料只能進行簡單的彎折實驗，若進行類似于卷曲等復雜變形時，便顯得力不從心。另外一個就是柔性能源器件本身的能量儲存能力，大部分簡單的柔性電池利用的僅僅是常規(guī)材料，這就嚴格限制了電池的儲存能力，也就嚴格限制了柔性可穿戴器件的發(fā)展。
    相較于平面柔性器件的發(fā)展，一維線性柔性器件受到了越來越多的關注。這些線型儲能器件具有十分優(yōu)異的柔韌性，并且，得益于其可以作為線型材料被紡織進布料內，成為制備可穿戴器件的最佳候選。但是過去的研究仍然限制于其材料的儲能性能，提高其儲能能力是其未來發(fā)展的重中之重。
    鋰硫電池被認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮�能源儲存裝置，雖然柔性鋰硫電池電極材料的研究正在如火如荼的進行，但是真正作為柔性鋰硫電池的制備卻少之又少。作者利用定向排列的碳納米管纖維，結合介孔碳材料CMK-3，氧化石墨烯材料，制備了一種電纜式鋰硫電池。該電池兼具優(yōu)異的柔韌特性與良好的能量儲存能力，為制備可穿戴器件的發(fā)展奠定下了很好的理論研究基礎。
 

    圖一 電纜式電極材料的形貌表征

    該電極材料利用介孔碳材料CMK-3作為硫活性物質的載體，利用熱熔法將硫完全浸潤到CMK-3的介孔結構中，為了更好地實現(xiàn)對多硫化物的限域效應，利用溶液法，在CMK-3@S復合材料表面，負載一層GO薄層，利用物理阻隔效應防止多硫化物的流失。利用定向排列的碳納米管纖維作為上述材料的導電基體，實現(xiàn)其在碳納米管纖維薄層上的高效負載，并利用繞曲過程將碳納米管薄層“紡”成線狀電纜。得益于碳納米管纖維層的超輕性質(1.4 μg cm-2)，該材料中硫的比例可以達到68%，該材料的密度分布在0.17–0.20 mg cm?1。該材料表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能，在0.1C的電流密度下，初次放電容量可以達到1051mAh g?1，循環(huán)100圈之后仍然有600 mAh g?1. 在1C的放電倍率下，循環(huán)200圈之后，其庫倫效率仍然高達99%。

    

    圖二 電纜式鋰硫電池電極材料的電化學性能表征

    作者以上述材料作為正極，鋰線作為負極構建了電纜式鋰硫電池器件，開路電壓可以達到3.2V，并且展現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌特性。該電池可以點亮觸發(fā)電壓為1.8V的LED燈，1.8mg的電極材料(10cm)可以持續(xù)點燃LED燈30分鐘。作者還將五根電纜式鋰硫電池器件紡織進布料中，制備“儲能布料”。該電池兼具優(yōu)異的柔韌特性與良好的能量儲存能力，為制備可穿戴器件的發(fā)展奠定下了很好的理論研究基礎。

    圖三 電纜式鋰硫電池器件展示