隨著科技的發展,柔性電子設備逐漸進入大眾的視野。目前,市面上的柔性顯示器、可穿戴傳感器、柔性發光二極管、印刷射頻識別卡等都需要與之匹配的柔性電池才可使用,所以柔性電池的開發成為電池領域又一大前..." />
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柔性電池為什么可折疊,你知道嗎?
2019-07-11 17:07
來源:新華社
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  隨著科技的發展,柔性電子設備逐漸進入大眾的視野。目前,市面上的柔性顯示器、可穿戴傳感器、柔性發光二極管、印刷射頻識別卡等都需要與之匹配的柔性電池才可使用,所以柔性電池的開發成為電池領域又一大前沿課題。

  柔性電池,從字面意思來說并不難理解,即可以承受彎曲、拉伸、扭曲甚至折疊等形變的電池。今年某公司在2019年世界移動通信大會上發布的一款折疊手機,不但整機很薄,而且透明屏幕可以前后彎曲,其中便使用了柔性電池。因此,為了滿足類似的這些可彎曲、可植入、可穿戴的電子產品的需求,亟需發展諸如柔性鋰離子電池這類大小不同、形狀各異且具有優良力學性能的柔性儲能裝置或電源。下面,以現在研究相對較多的柔性鋰離子電池為例,為大家簡單介紹一下柔性電池的構成體系。

  構建柔性鋰離子電池需要從集流體、電極材料、電解質三個方面入手。傳統的集流體用的是金屬材料(比如鋁正極和銅負極),但金屬除了具有質量大、表面光滑等會影響電池容量和循環性能的缺點,還會在反復彎曲、拉伸、折疊過程中造成不可逆形變,致使電池失效。為解決這些問題,可選用有機聚合物/金屬復合物集流體,即將金屬材料鍍在有機聚合物薄膜的表面,形成既可導電又具柔性的集流體;也可選用基于碳材料的集流體,即利用碳材料導電性好、質量小、表面較粗糙等強于金屬材料的性質,將其與活性物質壓制成分層的薄片結構,形成完整電極。

  傳統的鋰離子電池中,電極材料(含鋰過渡金屬氧化物)通常被涂覆在集流體上,但是經過反復彎曲、拉伸、折疊會導致其脫落,故必須考慮脫離集流體限制的、可適應形變要求的獨立式電極。例如,基于碳納米管的獨立式電極,由于碳納米管可提供柔性特質、骨架結構及快速的電子傳輸路徑,并允許材料膨脹等一系列的優點,可提高電極材料的循環性;基于石墨烯材料的獨立式電極,石墨烯相較碳納米管具有一些更優異、獨特的性質,其層狀結構和大的橫縱比可組裝成具機械柔性的石墨烯膜電極。除此之外還有一些其它材料,如導電聚合物、可彎曲無機薄膜等也可作為獨立式電極材料。

  現在全固態電池已經成為二次電池發展的新方向,柔性電池也不例外。對柔性電池而言,傳統電解液的流動性會限制其大小和形狀,選用合適的固態或者凝膠電解質尤為重要,但是目前的電解液或多或少都會存在一些缺點。

  時代在進步,科技在發展。相信在科研工作者的努力下,柔性電池在發展中存在的障礙都會被一一解除,未來柔性穿戴、便攜式設備、可折疊電子產品行業將會突飛猛進發展。

  本文由中科院大學化學科學學院副研究員劉文超進行科學性把關。


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