復旦彭慧勝團隊年度再發Nature：穿在身上的纖維鋰離子電池

木文韜 2年前 (2021-09-02) 8052瀏覽

【引言】

為了讓紡織電池在便攜式和可穿戴電子產品中得到廣泛應用，我們必須能夠大規模生產柔韌、安全、可清洗的纖維電池線軸。目前的主流方向是制造直徑為數十至數百微米的纖維鋰離子電池（FLIBs），這樣它們就可以很容易地編織到可穿戴和透氣的紡織品中，以滿足各種可穿戴電子產品的電力需求。在過去的十年中，努力探索了制造電化學性能越來越好的FLIBs的方法。然而，迄今為止獲得的纖維只有幾厘米長，基于整個電池質量的能量密度很低（<1 Wh kg^-1）。這種短的FLIBs是不實用的，因為連接它們的附件會損害纖維的能量密度和穩定性。例如，水/氧侵入，電解質泄漏或機械故障都可能發生在這些連接處。大規模生產長的FLIBs，同時保持高性能和長度仍然是一個巨大的挑戰。

【成果簡介】

今日，在復旦大學彭慧勝教授和陳培寧副研究員（共同通訊作者）團隊帶領下，研究了這種纖維的內阻與纖維長度呈雙曲余切函數關系，隨著纖維長度的增加，內阻先減小后趨于均勻。研究證實，這種意想不到的結果適用于不同的纖維電池。通過優化可擴展的工業流程，能夠生產數米的高性能纖維鋰離子電池。根據包裝在內的鈷酸鋰/石墨全電池的總重量，大規模生產的纖維電池的能量密度為每公斤85.69Wh（典型值小于每公斤1Wh）。經過500次充放電循環后，其容量保持率達到90.5%，1C倍率下的容量保持率達到93% （與0.1C倍率容量相比），可與軟包電池等商業電池相媲美。纖維彎曲10萬次后，可保持80%以上的容量。團隊還展示了工業劍桿織機將纖維鋰離子電池編織到安全且可清洗的紡織品中，可以為手機無線充電，或為集成了纖維傳感器和紡織品顯示器的健康管理夾克供電。相關成果以題為“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”發表在了Nature。