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[導(dǎo)讀] 纖維狀全鋰離子電池可被織成衣服為可穿戴式電子產(chǎn)品供電。美國化學(xué)學(xué)會提供科技日報(bào)訊 (記者華凌)若從最近谷歌眼鏡(Google Glass)的新品發(fā)布和蘋果iWatch智能腕表即將上市的種種跡象來看,可穿戴電子

纖維狀全鋰離子電池可被織成衣服為可穿戴式電子產(chǎn)品供電。美國化學(xué)學(xué)會提供

科技日報(bào)訊 (記者華凌)若從最近谷歌眼鏡(Google Glass)的新品發(fā)布和蘋果iWatch智能腕表即將上市的種種跡象來看,可穿戴電子產(chǎn)品將可能掀起下一個(gè)新科技浪潮。為了解決這類產(chǎn)品的電力供應(yīng)問題,中國上海復(fù)旦大學(xué)的研究人員首次制備出基于碳納米管(CNT)的纖維狀全鋰離子電池,可被靈活地編織成具有高性能的柔性能源紡織品。該研究成果發(fā)表在最新一期的《納米快報(bào)》上。

從頭部顯示到生物醫(yī)學(xué)監(jiān)測,可穿戴式電子產(chǎn)品可以提供許多先進(jìn)的功能,對電池的要求很高,不僅體積小、重量輕,還必須具備滿足設(shè)備運(yùn)行諸多功能所需的強(qiáng)大能量。因此,可穿戴式電子產(chǎn)品最大的技術(shù)瓶頸即是電池。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月27日報(bào)道,新的研究設(shè)計(jì)和編制的碳納米管(CNT)復(fù)合紗線,可牢牢纏繞進(jìn)棉纖維之中,創(chuàng)建出高性能的鋰離子電池。該纖維的直徑為1毫米左右,可以編織成柔性的織物或布料,并且與靈活的可佩戴電子設(shè)備兼容。

參與這項(xiàng)研究的翁偉(音譯)說:“這種電源能夠被直接無縫集成到可穿戴式的電子產(chǎn)品是非常必要的。由于它需要被靈活地織成衣物,纖維狀的電源是最理想的。雖然這是初次實(shí)現(xiàn)碳納米管纖維狀鋰離子電池,它卻表現(xiàn)出非常好的電化學(xué)性能,包括高能量密度達(dá)0.75兆瓦時(shí)/平方厘米,并在經(jīng)過100次使用周期后,電池保有容量達(dá)87%?!?/p>

設(shè)計(jì)纖維狀鋰離子電池的最大挑戰(zhàn)之一,是廣為人知的硅膨脹問題。在充電/放電過程期間會發(fā)生化學(xué)反應(yīng),硅的體積經(jīng)受巨大的變化可達(dá)300%。為適應(yīng)這種情況,研究人員引入碳納米管制成一個(gè)復(fù)合CNT/硅紗陽極。碳納米管有效緩沖了硅的體積變化,并將其牢固化。如果沒有這種混合結(jié)構(gòu),硅的膨脹會使其剝落,導(dǎo)致電池?fù)p壞。

對于制作陰極的材料,研究人員采用碳納米管和錳酸鋰,其好處是高穩(wěn)定性、工作電壓高和成本低。通過將由凝膠電解質(zhì)分隔的陽極和陰極基于CNT的紗線纏繞進(jìn)棉纖維,這種鋰離子電池就可編織成一個(gè)柔性織物。

此前,研究人員曾嘗試制造超級電容器纖維,但由于鋰離子電池纖維難以制造,便沒有把太多的關(guān)注投入其中。然而,鋰離子電池具有一定的優(yōu)勢,例如更高的能量密度和較低的自放電損失,相比超級電容器,它們?yōu)橐话愕目膳宕麟娮釉O(shè)備提供了更好的選擇。研究人員解釋說,在這方面,目前的工作是基于之前的研究有所改善,但仍然有進(jìn)一步改進(jìn)的余地。

研究人員說:“2012年的報(bào)道稱,鋰離子電池使用銅線作為骨架,具有類似電纜型的形狀。其結(jié)果是很棒的,但由于這種電池具有大直徑、使用液態(tài)電解質(zhì),并且很重,也許不適合織成能源紡織品?,F(xiàn)在采用碳納米管纖維作為其骨架,密度接近銅的1/9,并且使用凝膠電解質(zhì)以確保安全性。另外,復(fù)合紗線的陽極和陰極由碳納米管纖維,以及直徑為100μm,僅是電纜電池中陽極1/10的活性材料制成,因此這種纖維狀電池與用于制衣的聚合物纖維兼容,實(shí)現(xiàn)了高性能的電池?!?/p>

在未來,研究人員計(jì)劃在各種領(lǐng)域進(jìn)一步改善這種纖維電池。研究人員說:“首先,提高性能,如容量和循環(huán)壽命;其次,規(guī)?;a(chǎn);第三,其他功能將被合并,例如拉伸、變色和自供電。”(中國科技網(wǎng)-科技日報(bào))

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