韓國基于新型微蜂窩結構的可伸縮鋰離子電池

韓國的一個研究小組開發了一種鋰離子電池,該電池具有足夠的柔韌性,可以拉伸。韓國科學技術研究所(KIST)的光電混合動力研究中心的Jeong Gon Son博士的研究小組宣布,他們已經建造了一個高容量,可拉伸的鋰離子電池。通過制造僅由電極材料組成的結構上可拉伸的電極,然后與可拉伸的凝膠電解質和可拉伸的包裝組裝,來開發電池。

可拉伸電池制造過程示意圖來源:韓國科學技術學院(KIST)
可拉伸電池制造過程示意圖來源:韓國科學技術學院(KIST)

電子行業的技術進步日新月異,導致了高性能可穿戴設備(如智能手環)和可植入人體的電子設備(如起搏器)的快速增長。這些進步極大地增加了將能量存儲裝置設計成模仿人類皮膚和器官的柔性和可伸展形式的需求。

但是,由于固體無機電極材料占據了大部分體積,因此很難賦予電池以可拉伸性,并且還必須使其他組件(例如集電器和隔板)可拉伸。此外,在變形液體電解質泄漏的問題,還必須解決,以及泄漏液體的問題電解質。

韓國基于新型微蜂窩結構的可伸縮鋰離子電池
(A)伸縮式電池組電池的示意圖。(B)伸縮式電池組的儲能能力:(a)施加從0%到50%的變化的環境,(b)具有伸縮性的環境在長時間的充電或放電實驗中變化不大。(C)重復執行0%和50%變體500次時測得的存儲容量變化。(D)在伸長和膨脹狀態下工作的LED燈的照片( 50%的應變)。圖片來源:韓國科學技術學院(KIST)

為了解決這些問題,JIST的Jeong Gon Son博士的研究團隊專注于創建類似手風琴的微結構,該結構使不可拉伸材料具有結構可拉伸性,因此在蜂窩結構中構建了一個向內微彎的電極框架形狀。向內凸出的蜂窩框架由用作幕布的原子厚石墨烯和形成納米級繩的碳納米管組成。由活性材料,石墨烯和碳納米管制成的蜂窩狀復合框架通過徑向壓縮過程像手風琴一樣向內突出,類似于韓國大米卷(紫菜包飯)的滾動,從而產生了可拉伸的特性。

研究小組開發的電極不包含任何通常用于拉伸的材料,例如橡膠,不會促進能量存儲。研究團隊在其新開發的電池中使用的所有材料都被充分利用在能量存儲和電荷傳輸中。實際上,該團隊開發的可拉伸電池的儲能容量(5.05 mAh / cm 2)與現有的不可拉伸電池一樣高。

新推出的可拉伸凝膠電解質和可拉伸包裝材料可阻擋空氣和濕氣并防止電解質泄漏。所得的可拉伸電池顯示出5.05mAh / cm 2的高面積容量,在重復(最多500次)拉伸-釋放循環下高達50%應變的優異電化學性能,以及在空氣條件下100次循環后的長期穩定性為95.7%。

KIST的Jeong Gon Son博士說:“ 通過這項研究開發的可伸縮鋰離子電池,有望在可伸縮能量存儲系統方面呈現出新的范例,以進一步開發可穿戴和可植入人體的電子設備。”

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