从能量包装的几何学角度来看，一维能量纤维/纱线/线由于其柔软性，可编织性，形状适应性和透气性而与笨重的或平面的对应物相比极具应用潜力。为了实现在不同的应用场景中可持续和连续利用，将纤维状纳米发电机、储能器件和致动器/传感器等集成在一个单元中，即通用或多功能能量纤维具有重要意义。

近日，中科院北京纳米能源与系统研究所等研究人员报道了一种用于能量收集，存储和利用的多功能同轴能量纤维。

文章要点

1）能量纤维由摩擦电纳米发电机（TENG），超级电容器（SC）和压力传感器（均呈纤维状）组成，并以同轴方式集成在一起。内芯为纤维状SC，用于储能，固态电解质凝胶均匀地围绕两条扭曲的碳纤维（集电器，通过绿色活化策略进行改性），并被聚二甲基硅氧烷（PDMS）的保护性薄层和一个Ag电极覆盖。外护套是单电极模式的纤维状TENG，用于通过金属弹簧支撑的PDMS层进行能量收集。同时，外部PDMS摩擦层和内部PDMS层（被Ag覆盖）以接触分离模式构成另一同轴纤维TENG。TENG纤维可以利用所收集的电能并将其与外部压力相关联，以用作自供电的压力传感器。

2）研究人员系统地评估了每个能量组件的电气性能。研究发现，采用两步绿色电化学工艺制备具有良好化学稳定性和微观结构表面的SC电极，具有良好的长度比电容密度（13.42 mF cm^-1），良好的充电/放电速率能力以及出色的循环稳定性（在约1万次循环后，在0.3 mA·cm^-1的电流密度下剩余96.6％的电容）。TENG纤维的最大功率为2.5 μW（10 V时的开路电压和0.25 μA时的短路电流），可用于为电子表和温度传感器供电。压力传感器具有低于23 kPa的1.003 V·kPa^-1的高灵敏度，可以轻松监控实时手指运动，并可以用作无声电子钢琴的触觉接口。

3）这种多功能同轴能量纤维在可穿戴能量收集衣服，可持续的人机界面，智能电子皮肤，智能触觉开关等方面具有极高的应用前景。

参考文献

Jing Han, et al, Multifunctional Coaxial Energy Fiber toward Energy Harvesting, Storage, and Utilization, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c09146

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09146