復旦彭慧勝Angew. Chem. Int. Ed.：高能量密度的纖維超柔性硅-氧電池

【引言】

近幾十年來，便攜式和可穿戴電子設備吸引了越來越多的關注，而像電池這樣靈活的電力系統對于開發高性能的電子設備起著至關重要的作用。雖然在開發各種配套電池方面取得了巨大的成功，但它們面臨幾個共同的瓶頸。可使用的柔性電池通常被制成三明治結構的薄膜，要求盡可能的薄。這種柔性的實現通常以犧牲電化學性能為代價來實現，例如，降低了活性材料的負載量，這在很大程度上降低了電池的能量密度。另外，兩個薄膜電極的滑移可能產生短路。此外，它們可以承受一些輕微的變形，如彎曲，但可能會在包括扭曲和打結在內的較強烈變形中發生破裂。最近，兩根纖維電極被扭在一起，形成了一種新穎纖維狀的硅氧電池，為解決上述難題提供了新的研究思路。

【成果簡介】

近日，復旦大學彭慧勝教授等人在Angew. Chem. Int. Ed.上發文，題為：“An Ultra-flexible Silicon–Oxygen Battery Fiber with High Energy Density”。 研究人員通過采用鋰化的硅/碳納米管混合纖維設計了一種同軸結構來作為內部負極，一種聚合物凝膠作為電解液，裸露的碳納米管柵作為外部正極，開發了一種高能量密度的纖維狀超柔性硅—氧電池。纖維展現了512Wh kg^-1的能量密度，以及循環20000次后仍能夠高效運作的優異性能。

【圖文導讀】

圖1. 硅氧電池纖維說明

a、b)硅氧電池纖維的結構和工作機制；

c) 硅氧電池纖維的實物照片。

圖 2. 形貌分析

a,b) 硅/碳納米管雜化纖維在低倍和高倍率下的SEM圖；

c) 用硅/碳納米管雜化纖維的橫截面圖來分析能量分散的x射線光譜圖像，硅用紫色表示；

d,e) 硅氧電池纖維在低倍和高倍率下的SEM圖；

f)硅氧電池纖維截面SEM圖。

圖 3. 性能分析

a,b) 硅氧電池纖維的充放電曲線以及相對應的循環特性；

c,d) 負極和正極在不同狀態下的XRD圖；

e,f) 第一次充放電后碳納米管正極的SEM圖。

圖 4. 彎曲電池性能分析

a) 一個由彎曲的硅氧電池纖維點亮的LED；

b) 在各種變形條件下的硅氧電池纖維；

c) 在各種變形條件下的硅氧電池纖維充放電曲線；

d) 在不同彎曲周期前后的硅氧電池纖維的充放電曲線。

圖 5.? 硅氧電池纖維編織過程

a)硅氧電池纖維編織過程照片；

b,c)扭曲前后織物電池的照片；

d)硅氧電池織物點亮的LED屏。

【總結】

研究人員開發了一種新的具有高能量密度和超高柔性的硅氧電池纖維，這些硅氧電池纖維被進一步編織成柔軟的織物，這對便攜式和可穿戴電子產品的蓬勃發展至關重要。這項工作為高性能能源存儲設備的開發提供了一種普遍而有效的策略。

文獻鏈接：An Ultra-flexible Silicon–Oxygen Battery Fiber with High Energy Density ? ?(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI:10.1002/anie.201707840)

本文由材料人新能源前線Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。

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