广东斯倍秀植绒科技有限公司

由于其高比表面积和导电性，静电植绒技术在制造三维电池方面展现出巨大潜力。这些三维电极可用于超级电容器、可穿戴设备等领域。传感器及其他应用领域，具有高能量密度和卓越循环寿命的特点，为高性能电极的制备提供了全新途径。

[9,104] 2008年，帕特里西（Patrissi）团队采用静电植绒法制备了三维碳纤维阵列阴极（图a)，这是目前关于静电植绒技术在三维电极应用领域的最早报道。[105] 通过该工艺制备的高电解液渗透性阴极，在所有流速条件下均展现出比平面阴极更高的功率密度和更宽的功率范围，尤其在最高流200毫升/分钟时表现尤为突出。

李（Li）等学者研究人员采用静电植绒技术制备了基于二氧化锰纳米纤维的双层复合电极（图b），[9]该电极被嵌入石墨烯/聚偏氟乙烯（PVDF）复合涂层表面。基于这种静电植绒电极的对称超级电容器表现出卓越性能：能量密度高达12.1 Wh/kg 。经过10 000次循环后仍保持109.4%的超高循环寿命。与传统掺杂电极相比，静电植绒二氧化锰电极在循环伏安曲线（CV）中显示出更大的面积，表明其比电容更高。此外，该电极的比电容在10 000次循环后仍保持相对稳定（图c)。李等人 [104] 将静电植绒片技术与织物基底相结合，制备出3D可拉伸织物电极（图d)，该电极在储能性能方面表现出色，在拉伸应力下具有优异的弹性和稳定性。由此产生的3D结构不仅增加了可用于电荷存储的电活性表面积，而且在反复拉伸时保持其电容，突显了该技术与不可避免的机械变形的动态应用的兼容性，确保了可穿戴电子设备和柔性储能设备的持续性能。值得注意的是，采用静电植绒工艺制造的电极不仅具有优异的拉伸性能，其高摩擦表面特性更使其成为可穿戴传感器中织物电极的理想选择。

[8,54,106] 竹下等人通过静电植绒技术将镀银纤维植入聚氨酯立方体，成功制备出导电电极，并将其应用于可穿戴心电图（ECG）监测系统的研发（如图e所示）。[8]该电极电阻沿xyz方向呈现梯度变化。使用块状成网电极时，即使在呼吸等轻微身体活动期间也未出现运动伪影。所测得的心电信号准确无误，与传统医疗检测结果完全一致。此外，本研究开发的块状静电植绒电极有效解决了传统电极因接触皮肤压力过大导致的不适问题。即使在500帕的接触压力下，仍能提供精准的心电图数据。通过将采用静电植绒技术制作的电极和导线排列在衣物上（图f)，可实现多导联心电图监测。[54]更值得一提的是，随着成纤纤维长度在特定范围内的增加，心电图测试中的运动伪影会显著减（图g)。[7]

a) 静电植绒法制备电极的早期方法示意图；经授权转载。 [105] 版权归2008年电化学学会所有。

b) 掺杂与静电成膜二氧化锰电极的示意图；经授权转载。 [66] 版权归2022年约翰威立出版社所有。

c) 组装式超级电容器（SSC）的比电容随循环次数变化曲线；经授权转载。 [66] 版权归2022年约翰威立出版社所有。

d)三维可拉伸织物基电极的交互作用机制及结构形成过程示意图；经授权转载。 [104] 版权归2020 年爱思唯尔公司所有。

参考文献

[7] T. Takeshita，M. Yoshida，T. Kobayashi，Y. Takei，传感器与执行器A 2024

[8] T.竹下、M.吉田、Y.竹井、A.内内、A.日野木、H.内田、T.小林，《科学报告》2022年第12卷

[9] 蒙鲁，李明，国际能源研究杂志2022年第46卷

[54] T.竹下、M.吉田、Y.竹井、A.内内、A.日野木、H.内田、T.小林，《科学报告》2019年第9卷

[104] 李X、王J、王K、姚J、边H、宋K、科马尔尼S、蔡Z，《化学与工程期刊》2020年第390卷第124442页

[105] C. J.帕特里西、R. R.贝塞特、Y. K.金、C. R.舒马赫，《电化学学会杂志》2008年第155卷

[106] 刘敏、何敏、刘敏、赵宇、董立、吴虎、刘翔、赵钊、冯燕、陈丹，《SPIE光学工程+应用》，美国加州圣地亚哥，2014 年

高压静电植绒的新型应用领域——三维电极