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纖維聚合物鋰離子電池新突破 電池也可以“穿”在身上
2021年09月03日 15:14:45
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：7753
近日，復旦大學彭慧勝團隊通過系統(tǒng)揭示纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度的變化規(guī)律，有效解決了聚合物復合活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構建出兼具良好安全性和綜合電化學性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。該研究成果發(fā)表于《自然》主刊。
近日，復旦大學彭慧勝團隊通過系統(tǒng)揭示纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度的變化規(guī)律，有效解決了聚合物復合活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構建出兼具良好安全性和綜合電化學性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。該研究成果發(fā)表于《自然》主刊。
纖維鋰聚合物離子電池基于包括封裝材料在內(nèi)的全電池重量，其能量密度超過85 Wh/kg。纖維鋰離子電池有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500圈后，電池的容量保持率仍然達到90.5%，庫倫效率為99.8%；在曲率半徑為1厘米的情況下，將纖維鋰離子電池彎折10萬次后，其容量保持率仍大于80%。另外，長度為1米的電池可以為智能手機、手環(huán)、心率監(jiān)測儀、血氧儀等可穿戴電子設備長時間連續(xù)有效供電。
不僅如此，通過紡織方法，高性能的大面積電池織物問世。研究團隊將電池織物和無線充電發(fā)射裝置集成，安全、穩(wěn)定地為智能手機無線充電。
在研發(fā)纖維鋰聚合物離子電池過程中，彭慧勝團隊克服了活性材料與導電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題。
團隊發(fā)現(xiàn)了高效負載纖維鋰離子電池活性材料的連續(xù)化方法，通過調(diào)控正負極活性材料組分和粘附力，有效解決了聚合物復合活性材料與導電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題，并自主設計和建立了面向纖維鋰離子電池連續(xù)構建的標準化裝置，實現(xiàn)了活性材料在千米級光滑纖維表面的高效負載和精準控制，獲得到了高負載量、涂覆均勻和容量高度匹配的正、負極纖維電極材料。
此外，研究團隊還進一步將正極纖維和包覆高分子隔膜的負極纖維進行纏繞組裝，并進行有效的封裝和電解液注入，最終實現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化制備。所制得的纖維電池容量隨長度線性增加，顯示該構建路線具有良好的可靠性。
早在2008年，研究團隊就開始研究新型柔性電池系統(tǒng)，在2013年提出并實現(xiàn)了新型纖維鋰離子電池，為有效滿足智能電子織物等可穿戴設備能源供給需求提供了新路徑。
在這個時期，研發(fā)團隊仍面臨一些關鍵挑戰(zhàn)，包括面向塊狀鋰離子電池的成熟生產(chǎn)體系很難適用于纖維鋰離子電池；纖維鋰離子電池長度往往在厘米尺度，整體質(zhì)量的能量密度較低。
針對這些難點，研發(fā)團隊一方面從源頭上厘清纖維電池內(nèi)阻和長度的關系規(guī)律。通過大量的預實驗篩選，嘗試了不同電學特性的纖維集流體材料，最終發(fā)現(xiàn)并揭示出纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度增加先減小后逐步趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，為纖維鋰離子電池后期研究提供了有力的理論支撐和依據(jù)。
(資料來源：科技日報)
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