基于新型微蜂窩結(jié)構(gòu)的可伸縮鋰離子電池

時間:2020-05-01 16:34來源:科技報告與資訊 作者:綜合報道
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      韓國科學技術(shù)研究院（KIST）的一個研究小組開發(fā)出一種鋰離子電池，該電池具有足夠的柔韌性，可以拉伸。
 
      KIST光電混合動力研究中心的Jeong Gon Son博士的研究小組宣布，他們已經(jīng)建造了一個高容量，可拉伸的鋰離子電池。通過制造僅由電極材料組成的結(jié)構(gòu)上可拉伸的電極，然后與可拉伸的凝膠電解質(zhì)和可拉伸的包裝組裝，來開發(fā)電池。
 
      電子行業(yè)中技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了高性能可穿戴設(shè)備（如智能手環(huán)）和可植入人體的電子設(shè)備（如起搏器）的快速增長。這些進步大大增加了將能量存儲裝置設(shè)計成模仿人類皮膚和器官的柔性和可伸展形式的需求。
 
      但是，由于固體無機電極材料占據(jù)了大部分體積，因此很難賦予電池以可拉伸性，并且還必須使其他組件（例如集電器和隔板）可拉伸。此外，變形帶來的電解質(zhì)泄漏問題還必須解決。
      為了解決這些問題，KIST的Jeong Gon Son博士的研究團隊專注于創(chuàng)建類似手風琴的微結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使不可拉伸的材料具有結(jié)構(gòu)可拉伸性，因此在蜂窩結(jié)構(gòu)中構(gòu)建了一個向內(nèi)微彎的電極框架形狀。向內(nèi)突出的蜂窩狀框架由用作幕簾的原子厚石墨烯和形成納米級繩的碳納米管組成。由活性材料，石墨烯和碳納米管制成的蜂窩狀復(fù)合框架通過徑向壓縮過程像手風琴一樣向內(nèi)突出，類似于韓國紫菜包飯樣的滾動，從而產(chǎn)生了可拉伸的特性。
 
      研究團隊開發(fā)的電極不包含任何通常用于拉伸的材料（例如橡膠），這些材料不會促進能量存儲。研究團隊在其新開發(fā)的電池中使用的所有材料均已完全用于能量存儲和電荷傳輸。實際上，該團隊開發(fā)的可拉伸電池的儲能容量（5.05 mAh / cm 2）與現(xiàn)有的不可拉伸電池一樣高。
 
      新推出的可拉伸凝膠電解質(zhì)和可拉伸包裝材料可阻擋空氣和濕氣并防止電解質(zhì)泄漏。所得的可拉伸電池顯示出5.05mAh / cm 2的高面積容量，在重復(fù)（高達500次）拉伸-釋放循環(huán)下高達50％應(yīng)變的優(yōu)異電化學性能以及在空氣條件下100次循環(huán)后95.7％的長期穩(wěn)定性。
 
      KIST的Jeong Gon Son博士說：“ 通過這項研究開發(fā)的可伸縮鋰離子電池，有望在可伸縮能量存儲系統(tǒng)方面呈現(xiàn)出新的范例，以進一步開發(fā)可穿戴和可植入人體的電子設(shè)備。”
 
      論文標題為《Stretchable Lithium-Ion Battery Based on Re-entrant Micro-honeycomb Electrodes and Cross-Linked Gel Electrolyte》，發(fā)表在《ACS Nano》雜志上。
 
(責任編輯：子蕊)
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