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把电池“织”成衣服,随时可给手机充电
2021-09-10 14:09
来源:文汇报
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  今后出门可以不带“充电宝”,身上穿的衣服就能随时为手机进行无线充电?这一科幻场景正在变成现实!复旦大学高分子科学系彭慧胜团队通过系统揭示纤维锂离子电池内阻随长度的变化规律,有效解决了聚合物复合活性材料和纤维电极界面稳定性难题,连续构建出兼具良好安全性和综合电化学性能的新型纤维聚合物锂离子电池。日前,相关研究成果发表于《自然》(Nature)主刊。审稿人评价这一成果是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”,“柔性电子领域的一个里程碑”。


  作为现代电子设备的“心脏”,以锂离子电池为代表的储能器件是现代电子工业和人们生活不可或缺的组成部分。彭慧胜团队从2008年开始研究新型柔性电池系统,于2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池,为有效满足智能电子织物等可穿戴设备能源供给需求提供了新路径。但是,这一技术投入实际应用,却面临众多难题。关键挑战在于,国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白,面向块状锂离子电池的成熟生产体系很难适用于纤维锂离子电池。

  迄今为止报道的纤维锂离子电池长度往往在厘米尺度,且基于整体质量的能量密度也比较低。“纤维锂离子电池就如同毛线,要织成一件可充电毛衣,必须有足够长的毛线。”论文的共同第一作者、复旦大学高分子科学系博士生何纪卿和路晨昊这样说。

  彭慧胜团队在长期研究中逐渐意识到,要实现纤维锂离子电池的连续化构建,首先需要解决一个重要科学问题——从源头上厘清纤维电池内阻和长度的关系规律。

  团队通过大量的预实验筛选,最终发现并揭示出纤维锂离子电池内阻随长度增加先减小后逐步趋于稳定的变化规律。并且,使用纤维集流体的导电率越高,越能有效降低纤维锂离子电池的内阻,有利于提升连续长纤维电池的电化学性能。上述关系规律得到了系统的实验验证,为纤维锂离子电池的连续构建提供了有力的理论支撑和依据。

  要实现高效负载纤维锂离子电池活性材料的高效连续制备,必须有效解决活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题。为此,团队发展出了高效负载纤维锂离子电池活性材料的连续化方法等一系列新的技术方法。长度为1米的电池,可以为智能手机、手环、心率监测仪、血氧仪等可穿戴电子设备长时间连续有效供电。

  此外,纤维锂离子电池还具有良好的循环稳定性,循环500圈后,电池的容量保持率仍然达到90.5%,库伦效率为99.8%。在曲率半径为1厘米的情况下,将纤维锂离子电池弯折10万次后,其容量保持率仍大于80%;甚至在重复水洗、挤压等严苛环境下,也可以保持较为稳定的电化学性能。

  进一步通过纺织方法,团队已获得了高性能的大面积电池织物。“如果将电池织物和无线充电发射装置集成,就可安全、稳定地为智能手机进行无线充电。”何纪卿说。(记者姜澎 通讯员吕京笏)

 

 

 

 

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