无线充电与储能一体化集成纤维超级电容器

20251218

科学研究和技术服务业

本项目在成果转化方面已具备扎实的现有基础，主要体现在技术成熟度、应用场景验证、知识产权保护、学术影响力及产业化准备等多个维度。具体如下：

1. 技术成熟度与产业化基础?? 项目处于技术研发与原型验证阶段，但已取得关键突破，为产业化奠定了坚实基础。 制造成本优势：基于碳纤维的一体化设计简化了生产工艺流程，采用活性炭等低成本碳材料，完全避免贵金属使用，使单个器件的材料成本较传统分立式器件降低50%以上。 生产工艺可扩展性：热缩管封装工艺简单可靠，易于规模化放大生产，为大规模产业化提供了技术保障。制备工艺可重复且稳定。 核心性能指标：器件能量密度达1003.9 μWh cm????，面积容量为803.1 mF cm????，优于国际同类研究（如美国斯坦福大学、韩国科学技术院等），关键性能处于国际领先水平。
2. 应用场景明确且完成原型验证?? 项目的“无线充电”与“形态可调”特性使其在多个前沿领域拥有明确应用场景，并已完成功能性验证。 智能穿戴设备：器件可编织或嵌入衣物、智能手环中，提供无需插拔的能源解决方案。文档1提到已在智能手环、宠物GPS追踪器等场景进行包装测试，验证实用性。 物联网与便携式电子设备：实验室测试中，器件成功驱动商用计算器（功耗1.26 mW）、微型风扇（功耗5.6 mW）等低功耗设备，证明其作为微型独立电源的可行性，适用于物联网传感器节点、便携医疗设备。 智慧医疗与健康监测：可变形特性使其在可植入医疗设备、远程健康监测贴片等领域具独特优势。
3. 知识产权布局为转化护航?? 项目已启动系统知识产权保护工作，降低商业化法律风险。 核心技术专利：已申请发明专利1项（目前已公开），为核心技术产业化提供法律保障，增强对投资方和合作企业的吸引力。 学术成果保护：通过高水平论文传播技术思想，间接促进早期认可和合作机会。
4. 学术影响力与技术支持?? 项目通过学术传播提升了技术可信度，为转化提供支撑。 高水平论文发表：研究成果发表于《Advanced Materials》（影响因子27.4）、《Journal of Energy Storage》等SCI期刊，获得国内外同行引用。 方法借鉴与合作基础：建立的“结构功能一体化”研究范式已被多个国内外课题组借鉴，形成良好学术影响力，为产学研合作创造条件。
5. 社会效益与可持续发展贡献?? 项目设计符合绿色环保趋势，社会价值本身就是转化动力。 绿色环保：无线充电减少物理接口磨损，碳材料设计体现绿色化学原则，符合电子废弃物减量化趋势。 多学科融合：打破材料学、电子学与能源科学壁垒，促进交叉学科发展。 总结：本项目从理论基础、核心技术突破到原型验证已完成前期链条，制造成本、应用广度、知识产权等方面均具备良好转化基础，正处于从实验室向产业化过渡的关键阶段。

基于项目当前进展和展望，转化合作需求主要集中在技术优化、产业合作、资源整合及市场拓展等方面，具体需求如下：

1. 技术优化与难点攻关需求?? 电解质稳定性提升：离子液体电解质（[EMIM][TFSI）虽提供高电压，但循环稳定性受限（仅几千次），需合作开发高电压高浓度盐水系电解质或固态电解质，以平衡能量密度与循环寿命。 封装技术改进：当前热缩管封装增加器件质量和体积，不利于轻型可穿戴设备应用。需与材料企业合作，研发轻量化固态或凝胶态电解质封装方案，提高便携性。 无线充电稳定性：电感式无线传输信号易受位置和角度影响，导致充电不稳定。需引入电路设计合作伙伴，优化滤波器、放大器等元件，提升能量传输效率。
2. 产业合作与资源整合需求?? 项目知识产权布局为技术转让奠定基础，但需外部资源推动商业化。 技术转让与许可：已申请专利为核心技术提供保护，需求方可通过技术转让或许可方式获取知识产权，与具备生产能力的电子器件企业合作。 产业链合作：需与碳材料供应商、电子制造商合作，确保低成本碳纤维和活性炭的稳定供应，并集成到现有电子产品生产线中。 投资与资金支持：需吸引风险投资或产业基金，用于中试生产、市场测试和团队扩张。
3. 产学研合作与研发深化需求?? 学术影响力为合作提供桥梁，但需进一步深化应用研究。 跨学科研发团队：项目已培养跨学科人才，但需与高校或研究机构合作，解决技术展望中的问题（如无线传输电路集成）。需求包括联合攻关晶体管、滤波器等集成电路元件。 标准化与测试合作：需与行业标准组织或测试机构合作，建立器件性能评估标准，确保产品符合医疗、物联网等领域的合规要求。
4. 市场拓展与应用场景落地需求?? 应用场景已验证，但需合作伙伴推动具体落地。 智能穿戴设备企业合作：需与可穿戴设备制造商合作，将器件集成到终端产品中，共同开发定制化能源解决方案。 医疗与物联网领域推广：智慧医疗应用需与医疗设备公司合作，进行生物相容性测试和临床验证；物联网领域需与传感器厂商合作，验证在恶劣环境下的可靠性。 总结：转化合作需求聚焦于技术短板弥补、产业链资源整合、资金注入及市场落地，通过合作可加速从原型向产品的转化，降低产业化风险。

可国（境）内外转让

本项目转化后预期带来显著的经济、社会及技术效益，基于文档中的性能优势、应用潜力及社会价值，具体效益如下：

1. 经济效益?? 市场前景广阔：项目针对可穿戴电子、物联网等高速增长市场，未来市场前景广阔。器件制造成本降低50%以上，且能量密度领先，预计在微型电源领域占据竞争优势，带来可观销售收入。 产业链拉动效应：产业化将带动碳材料、电子制造等相关产业发展，采用低成本碳材料（如活性炭），可促进绿色材料供应链壮大。 投资回报潜力：技术成熟度和知识产权保护增强投资吸引力，性能对标国际顶尖水平，转化后有望获得高回报，尤其在高附加值领域（如医疗设备）。
2. 社会效益?? 绿色环保贡献：无线充电减少电子接口废弃，碳材料设计符合可持续发展趋势。绿色环保，电子废弃物减量化，预期降低行业碳足迹，支持国家双碳目标。 健康医疗提升：智慧医疗应用可改善远程监测和可植入设备能源供应，在突发公共卫生事件中为便携式医疗设备提供可靠能源，有望提升公共卫生应急能力。
3. 技术效益?? 技术引领与创新扩散：项目的一体化设计（如形状可调、能量可控）为柔性电子领域提供新范式，极大地拓宽了一体化能量收集存储器件的应用场景。转化后可能催生衍生技术，推动行业创新。 国际竞争力增强：关键性能（如能量密度、形状可调范围）显著优于国际同类研究，使我国在柔性电子能源器件领域具备了国际竞争力，转化有助于提升中国在全球高科技产业链中的地位。
4. 产业升级效益?? 可穿戴设备革新：器件的小型化、柔性化特性将推动智能穿戴设备向无绳化、长续航发展，应用验证显示其可嵌入衣物，预期带动产品迭代升级。 物联网与便携设备突破：作为微型独立电源，可解决物联网节点能源瓶颈，能驱动低功耗设备，转化后促进物联网普及和便携设备多元化。 风险与应对：循环稳定性较差，但通过合作优化后，效益将更稳健。总体预期效益显著，符合科技转化政策导向。 总结：转化预期效益涵盖经济收益、社会价值、技术突破及产业升级，项目不仅具备商业潜力，更在环保、医疗和人才培养方面贡献突出，综合效益可持续。

北京市自然科学基金项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本研究针对可穿戴电子设备对柔性高效供能系统的迫切需求，成功开发了一种一体化形状可调、能量收集可控的无线充电的微型超级电容器（IDWC-MSC），该器件的无线充电线圈和微型超级电容器的电极导电中间层都是基于超高柔性的碳纤维制备的，该器件可以根据实际需求改变器件的大小及形状，其收集的电流、电压、功率分别可在0.5520.21 mA、1.415.6 V和0.003209 mW范围内变化，并且该线圈围成圆形时其外径可在220 cm的范围内调控大小，真正实现了能量可控、大小可控和形状可调的效果。由于该碳纤维导电性良好，其既作为无线充电线圈又可经延伸后作为微型超级电容器“导电夹层”结构的导电中间层。还原氧化石墨烯（rGO）将碳纤维与活性炭等电化学储能材料紧密粘合成的MSC电极既具有碳纤维导电夹层，又在电化学活性材料中有rGO导电网络，极大的增强了电极的导电性。将电极与离子液体电解质[EMIM][TFSI]组装后得到的MSC的面积容量为803.1 mF cm-2，能量密度为1003.9 μWh cm-2，是电化学储能性能最好的超级电容器之一。这种IDWC-MSC不仅能通过改变自身形状控制能量收集，还能够储存足够的电能到MSC中，极大地拓宽了一体化能量收集存储器件的应用场景，促进了可穿戴电子设备能源器件的发展。