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柔性电子研究人员开发出完全可拉伸的锂离子电池可用于可穿戴设备

盖世汽车钟群 2024-07-19 09:08:40

盖世汽车讯提到电池，人们可能不会想到弹性材料。但电池需要这种可变形的特性才能与柔性电子产品结合，而柔性电子产品在可穿戴健康监测器领域正日益受到重视。据外媒报道，南京邮电大学（Nanjing University of Posts and Telecommunications）的研究人员在期刊《ACS Energy Letters》报告了一种具有完全可拉伸部件的锂离子电池，具有可以膨胀5000%的电解质层，并且在近70次充放电循环后仍能保持其电荷存储容量。

图片来源：《ACS Energy Letters》

可以弯曲和拉伸的电子产品需要具有类似特性的电池。大多数试图制造这种电池的研究人员使用的是编织导电织物或折叠成可扩展形状（类似于折纸）的刚性组件。但要制造出真正具有延展性的电池，每个部分——收集电荷的电极和电荷平衡的中间电解质层——都必须具有弹性。迄今为止，真正具有拉伸性的电池原型弹性中等、组装过程复杂且储能能力有限，尤其是在长期反复充放电的情况下。

储能能力有限可能是由于电解质层和电极之间的连接较弱或液体电解质不稳定，当电池改变形状时，液体电解质会四处移动。因此，该研究的作者Wen Yong Lai及其同事想将电解质融合到两个柔性电极薄膜之间的聚合物层中，以制造出完全固态的可拉伸电池。

为了制造完全可拉伸电池的电极，该研究团队将含有银纳米线、炭黑和锂基阴极或阳极材料的导电浆料薄膜涂在板上。然后在浆料顶部涂上一层聚二甲基硅氧烷（一种常用于隐形眼镜的柔性材料）。研究人员直接在这层薄膜上添加了锂盐、高导电性液体和制造可拉伸聚合物的成分。

当被光激活时，这些成分可结合形成固体橡胶层，能够拉伸到其原始长度的5000%，并能够传输锂离子。最后，研究人员在叠层上覆盖另一层电极膜，并将整个装置密封在保护涂层中。

与具有传统液态电解质的类似装置相比，新版固态可拉伸电池设计在快速充电速率下的平均充电容量提高了约6倍。同样，固体电池在67次充放电循环中保持了更稳定的容量。在用固体电极制成的其它原型中，聚合物电解质在1000次循环中保持稳定运行，在前30次循环中容量仅下降1%，而液态电解质的容量下降了16%。

尽管仍有改进空间，但这种制造完全可拉伸固体电池的新方法，可能是可随身体弯曲和移动的可穿戴或可植入设备向前迈出的重要一步。