复旦「衣服充电宝」荣登Nature,折叠10万次仍能正常工作,3-5年量产!

【导读】

「手机断电焦虑不再,衣服充电宝来了(www.57d.net)。」

出门在外,付款、乘车、行程码,到处都要手机,如果没电了可真急死个人!有共享充电宝的地方还好,虽然贵的有点离谱至少不会断电。

今天nature发表的的一篇论文,打算帮人们缓解这个断电焦虑。

北京时间9月1日23时,顶级学术期刊nature在线发表了复旦大学高分子科学系彭慧胜教授团队的一项最新研究《高性能纤维锂离子电池的规模化构建》,共同一作为何纪卿和路晨昊。

简单来讲,这个纤维锂离子电池不仅可以充电,还因为良好的折叠性,可以做成衣服穿在身上了。

该研究发现了纤维锂离子电池(FLIBs)内阻与长度之间的关联规律,解决了活性材料和纤维电极界面不稳定的问题,利用这个规律就可以构建出安全稳定的纤维聚合物锂离子电池。

审稿人评价这个工作是「储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究」和「柔性电子领域的一个里程碑」。

500次充放电容量仍能保持90%,充电宝「上身」了

这种纤维电池以前能制备的长度非常短,只有几厘米,如果把这个长度延长,电池容量就会增加,应用场景将大大增多。

该团队表示,长度为1米时,纤维锂离子电池容量为25mAh,可以为心率监测仪和血氧仪等商用可穿戴设备提供超过2天的供电。

同时,纤维锂离子电池具有良好的循环稳定性,500次充放电之后,电池的容量仍然达到了90.5%,库伦效率为99.8%。

即使在曲率半径为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%,可弯折、高电量,保证了FLIB的更多想象力,手机、平板甚至笔记本,都能随身充了。

因为纺织的方法可获得更大的面积,从而获得更多的电量,所以纤维电池做成衣服也是顺理成章。

智能可穿戴设备、柔性电子,是彭慧胜团队最近十年的主攻方向,此前团队已经将显示屏挂到衣服上。

他们用一块1.5平方米的「布」将显示器件的制备与织物编织过程有效融合在一起,在高分子复合纤维交织点集成多功能微型发光器件,实现了大面积柔性显示织物和智能集成系统。

通过将纤维锂离子电池和纤维传感器与显示织物集成,还可实现对人体汗液中钠离子和钙离子浓度的实时监控和显示相关信号,身体状况一旦发生变化就能立刻观察到。

这样的智能织物兼具智能、柔软、适应复杂形变、透气导湿等优点,是未来可穿戴等领域的一个重要发展方向。然而要想持久使用,就需要前面提到的高性能柔性电池,所以这次的电池也算是团队科研愿景的一部分。

成本一米只要三毛,工业制备难题已解决

论文一作何纪卿在接受澎湃记者采访时表示,纤维锂离子电池的制备主要面临两个难点。

第一,纤维锂电池的内阻对其电化学性能具有重要影响,但其内阻和纤维长度的之间的关系规律仍然不是很明确;

第二,因为完全不同的器件结构,面向块状锂离子电池的电极制备和器件构建方法很难适用于纤维锂电池,国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白。

第一个问题在论文中得到了解答,纤维电池内阻并不是随着纤维长度线性增长,而是呈双曲余切关系。

内阻非但不会随着长度而增加,反而是减小的,然后逐渐趋于稳定,为超长的纤维电池量产提供了一个很好的基础,内阻过大一个是耗电量增加,再者也会引起电池表面发热,不利用长时间使用。

第二个问题,如何大规模工业制备。据何纪卿介绍,最大的难点,是如何均匀地将浆液均匀涂在纤维的正负电极上。

其他商业化电池都是在平面基材上,厚度容易控制,然而对于柔性的纤维没法这样操作。

因为曲面结构的表面张力会导致涂抹不均,产生不平整的串珠结构,影响整个电池的性能,团队找到了一种粘合剂,让电极在扭曲的状态下表面也能保持光滑,在石墨和钴酸锂溶液中涮好后,自然卷起来封装成成品。

团队表示,纤维电池3-5年就能实现规模化量产,能否像柔性屏一样,成为电子产品的新风尚让我们拭目以待。

参考链接:

https://mp.weixin.qq.com/s/zTlPUHcwvJZRae46W93ZXQ

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_14313938

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