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欧洲杯【探索】“穿”在身上的电池:复旦团队



  出门不需要带充电器和充电宝,通过身上穿的衣服,就可以对手机无线充电……这听起来像科幻片的场景,正逐步成为现实。欧洲杯近日,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。相关研究成果发表于《自然》(Nature)主刊。详见↓9月1日,以《高性能纤维锂离子电池的规模化构建》(“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”)为题的研究成果发表于《自然》(Nature)主刊。纤维锂离子电池(英文简称:FLIB)正在对手机进行无线充电哪怕折来折去也能正常充电刚洗完也能充戳坏了也不影响充电用纤维锂离子电池做成的衣服正在给手机进行无线充电

  纤维锂离子电池研究的关键挑战在于,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,而国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白。迄今为止报道的纤维锂离子电池长度往往在厘米尺度,并且基于整体质量的能量密度也比较低。

  团队成员突破以往的研究思路,通过大量的预实验筛选,广泛尝试了不同电学特性的纤维集流体材料,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,从而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。

  自主设计,创新路线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,通过调控正负极活性材料组分和粘附力,有效解决了聚合物复合活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题,并自主设计和建立了面向纤维锂离子电池连续构建的标准化装置,实现了活性材料在千米级光滑纤维表面的高效负载和精准控制,获得到了高负载量、涂覆均匀和容量高度匹配的正、负极纤维电极材料。进一步将正极纤维和包覆高分子隔膜的负极纤维进行缠绕组装,并进行有效的封装和电解液注入,最终实现了高性能纤维聚合物锂离子电池的连续化制备。所制得的纤维电池容量随长度线性增加,显示该构建路线具有良好的可靠性。

  该纤维锂聚合物离子电池表现出了良好的综合性能,显示了广阔的应用前景。基于包括封装材料在内的全电池重量,其能量密度超过85 Wh/kg,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;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,团队已经获得了高性能的大面积电池织物。

  从电池本身来说,目前纤维聚合物锂离子电池与生活中常用的平面电池的能量密度相比,还有较大的提升空间;也需要发展面向纤维聚合物锂离子电池构建、性能评估和使用的行业标准或规范,推动其工程转化和市场化应用;此外,在很多应用方面如可穿戴领域,还需要更加先进的编织技术,将纤维锂离子电池高效地编织到各种衣物中,使穿着更舒适、更美观。

  原标题:《【探索】“穿”在身上的电池:复旦团队实现纤维聚合物锂离子电池新突破》