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中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)纖維聚合鋰離子電池新突破
日期:2021-09-07   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
據(jù)新華網(wǎng)消息,出門不需帶充電器和移動(dòng)電源,通過身上的衣服,就可對(duì)手機(jī)進(jìn)行無線充電。這一人們想象中的場(chǎng)景正在逐步成為現(xiàn)實(shí)。

近日,《自然》主刊發(fā)表了復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭慧勝教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究。該研究系統(tǒng)揭示了纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長(zhǎng)度的變化規(guī)律,有效解決了活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題,連續(xù)構(gòu)建出兼具良好安全性和綜合電化學(xué)性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。

根據(jù)此項(xiàng)研究成果,長(zhǎng)度為1米的纖維聚合物鋰離子電池,可以為智能手機(jī)、手環(huán)、心率監(jiān)測(cè)儀等可穿戴電子設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)有效供電。同時(shí),該電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)500圈后,電池容量保持率仍然達(dá)到90.5%;在曲率半徑為1厘米情況下,把該電池彎折10萬次后,其容量保持率仍大于80%。

未來可穿戴電池織物概念展示圖 (復(fù)旦大學(xué)供圖)

以鋰離子電池為代表的儲(chǔ)能器件,被稱作現(xiàn)代電子設(shè)備的“心臟”。彭慧勝團(tuán)隊(duì)在2013年提出并實(shí)現(xiàn)新型纖維鋰離子電池,為智能電子織物等可穿戴設(shè)備能源供給提供了新路徑。然而,纖維鋰離子電池研究多年來面臨一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn),即面向塊狀鋰離子電池的成熟生產(chǎn)體系難以適用于纖維鋰離子電池,而國(guó)際上纖維鋰電池的連續(xù)化制備研究幾乎是空白,迄今為止報(bào)道的纖維鋰離子電池長(zhǎng)度均在厘米尺度。

“纖維鋰離子電池如同毛線,要織成一件可以充電的毛衣,就必須保證有足夠長(zhǎng)的毛線。”彭慧勝團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn),要實(shí)現(xiàn)纖維鋰離子電池的連續(xù)化構(gòu)建,就要從源頭上厘清纖維電池內(nèi)阻和長(zhǎng)度的關(guān)系規(guī)律。通過廣泛嘗試不同電學(xué)特性的纖維集流體材料,他們最終揭示出纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長(zhǎng)度增加先減小后逐步趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律,為纖維鋰離子電池的連續(xù)構(gòu)建提供了有力理論支撐。

在此基礎(chǔ)上,還要實(shí)現(xiàn)高效負(fù)載纖維鋰離子電池活性材料的高效連續(xù)制備。“經(jīng)典的方法是平面涂覆,但在纖維表面進(jìn)行涂覆很容易產(chǎn)生不平整的串珠結(jié)構(gòu),對(duì)電池性能和穩(wěn)定性都非常不利。”團(tuán)隊(duì)成員、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系博士生何紀(jì)卿說。

為此,團(tuán)隊(duì)發(fā)展出新方法,通過調(diào)控正負(fù)極活性材料組分和粘附力,有效解決了聚合物復(fù)合活性材料與導(dǎo)電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題,得到了高負(fù)載量、涂覆均勻和容量高度匹配的正、負(fù)極纖維電極材料。隨后,團(tuán)隊(duì)相繼開展了電池連續(xù)組裝和封裝等方法學(xué)研究,最終實(shí)現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化穩(wěn)定制備。

可穿戴電池織物示意圖 復(fù)旦大學(xué)供圖

據(jù)介紹,團(tuán)隊(duì)通過紡織方法,已獲得高性能大面積電池織物。將電池織物和無線充電發(fā)射裝置集成,可安全、穩(wěn)定地為智能手機(jī)進(jìn)行無線充電。

“纖維鋰聚合物離子電池已顯示出廣闊應(yīng)用前景,但與生活中常用的平面電池的能量密度相比,這一電池還有較大提升空間。此外,還需要更先進(jìn)的編織技術(shù),將電池高效地編織到各種衣物中,使人們穿著更加舒適、美觀。”彭慧勝說。 

原標(biāo)題:中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)纖維聚合鋰離子電池新突破
 
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來源:新華網(wǎng)
 
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