Nature|高性能柔性纤维电池（柔性智能织物/可穿戴电子/界面调控/柔性电池/柔性电子）

news2024/12/29 10:36:10

2024年4月24日，复旦大学彭慧胜(Huisheng Peng)院士团队，在《Nature》上发布了一篇题为“High-performance fibre battery with polymer gel electrolyte”的论文，陆晨昊(Chenhao Lu)、Haibo Jiang和Xiangran Cheng为论文共同第一作者。论文内容如下：

一、摘要

用聚合物凝胶电解质替换液态电解质被认为是解决可穿戴电池安全问题并实现高柔性的一种通用且有效的方法。然而，由于润湿性差导致的聚合物凝胶电解质与电极之间的界面不良，产生较差的电化学性能，特别是在电池变形过程中。在这里，作者提出了一种在电极中设计通道结构的策略，可以将聚合物凝胶电解质纳入其中，从而为高性能可穿戴电池形成紧密稳定的界面。作为演示，将多个电极纤维旋转在一起形成排列整齐的通道，而每个电极纤维的表面均设计了网状通道。单体溶液首先沿着排列整齐的通道有效渗入，接着渗入网状通道。然后对单体进行聚合产生凝胶电解质，并与电极形成紧密稳定的界面。所得到的纤维锂离子电池（fibre lithium-ion battery，FLB）具有高的电化学性能（例如，能量密度约为128 Wh/kg）。这种策略还使得FLBs的生产速率达到每个绕组单元3,600m/h。连续的FLBs被编织成50 cm × 30 cm的纺织品，提供2,975 mAh的输出容量。FLB纺织品在极端条件下安全工作，如-40°C和80°C的温度以及-0.08 MPa的真空。FLB在消防和太空探索领域具有应用前景。

二、背景介绍

用聚合物凝胶电解质替换液态电解质被认为是解决可穿戴电池安全问题并实现高柔性的一种通用且有效的方法。然而，由于润湿性差导致的聚合物凝胶电解质与电极之间的界面接触不良，导致较差的电化学性能，在电池变形过程中这种现象更加明显。因此作者提出了一种在电极中设计通道结构的策略，可以将聚合物凝胶电解质纳入其中，从而为高性能可穿戴电池形成紧密稳定的界面。