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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(diǎn)擊量：7731
近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團(tuán)隊(duì)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(fù)合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。該研究成果發(fā)表于《自然》主刊。
近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團(tuán)隊(duì)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(fù)合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。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(dá)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(jī)、手環(huán)、心率監(jiān)測儀、血氧儀等可穿戴電子設(shè)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(tuán)隊(duì)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(jī)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(tuán)隊(duì)克服了活性材料與導(dǎo)電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了高效負(fù)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(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，并自主設(shè)計(jì)和建立了面向纖維鋰離子電池連續(xù)構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化裝置，實(shí)現(xiàn)了活性材料在千米級光滑纖維表面的高效負(fù)載和精準(zhǔn)控制，獲得到了高負(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。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步將正極纖維和包覆高分子隔膜的負(fù)極纖維進(jìn)行纏繞組裝，并進(jìn)行有效的封裝和電解液注入，最終實(shí)現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化制備。所制得的纖維電池容量隨長度線性增加，顯示該構(gòu)建路線具有良好的可靠性。
早在2008年，研究團(tuán)隊(duì)就開始研究新型柔性電池系統(tǒng)，在2013年提出并實(shí)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(shè)備能源供給需求提供了新路徑。
在這個時期，研發(fā)團(tuán)隊(duì)仍面臨一些關(guān)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(diǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)一方面從源頭上厘清纖維電池內(nèi)阻和長度的關(guān)系規(guī)律。通過大量的預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選，嘗試了不同電學(xué)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(bào))
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