科技与时尚的结合——柔性可穿戴电池

随着智能便携式电子产品的不断涌现，高功率密度和高能量密度的柔性可穿戴电池得到越来越多的研究和关注。对国内外柔性电池在柔性电极材料、固态电解质、电池结构型式和制备工艺等方面的发展现状进行了总结，对柔性电池现存的问题进行了分析探讨，并对其未来发展方向进行了展望。     

柔性锂离子电池的电极

科技进步使可穿戴设备等便携式电子产品得到了快速发展,柔性电池作为其核心部件,受到越来越多研究者的关注。锂离子电池因具有良好的循环稳定性和较长的使用寿命等优点,成为各类产品的主要电源。为满足电子产品柔性化、微型化发展需求,开发高能量密度的柔性锂离子电池成为亟待解决的问题,作为其关键材料之一的柔性电极是重要的研究方向。本文阐述了柔性锂离子电池电极的研究进展,包括基于自身带有电化学活性的碳材料、Mxene材料的一体化柔性电极,基于非电化学活性的聚合物材料、纺织材料、金属基的一体化柔性电极,以及为满足可穿戴设备可编织和大尺寸形变使用需求的宏观柔性新型电极结构设计,分析并探讨了柔性电极目前存在的问题,以期为未来高能量密度柔性锂离子电池的研究提供新的思路。     

柔性锌-空气电池进展与展望

近年来,人们越来越关注柔性可穿戴电子设备。柔性锌-空气电池由于有较高的理论能量密度以及对像人体一样不均匀表面的适应能力,有望成为下一代电子产品的电源。在柔性锌-空气电池研究领域,人们已经取得了较好的研究进展,各种柔性锌-空气电池的制备方法已被报道。本文阐述了近年来柔性锌-空气电池的主要成就以及面临的困难,特别是关注凝胶电解质、金属阳极以及柔性空气阴极对柔性锌-空气电池电化学性能的影响,最后讨论了柔性锌-空气电池面临的主要挑战与发展前景。     

柔性电池的最新研究进展

柔性电池作为新型柔性电子设备的关键部件,得到越来越多的关注.近年来,柔性锂离子电池取得了实质性的发展,并在卷曲式显示器、触摸屏、可穿戴动力传感器和可植入医疗装置等方面得到应用.本文主要介绍柔性锂离子电池的发展现状,分别从集流体、电极材料和电解质三部分进行阐述,特别介绍拉伸性能的实现途径,根据其不同的结构特点,可以分为波形结构、点阵互联结构、纺织结构、折纸结构和电缆式结构,并提出将柔性材料与新型结构相结合可以促进柔性电池发展.同时,也对其他柔性电池体系,如锂硫电池、燃料电池和太阳能电池等的最新发展进行简单概述.最后,对目前柔性电池的发展过程中存在的问题进行了总结,并对其未来的发展方向与面临的挑战进行展望.     

碳布负载的缺氧型Na2Ti3O7纳米带阵列作为高性能柔性钠离子电池负极材料

作为锂离子电池的理想替代品,钠离子电池因具有能源储备丰富、成本低廉等优点而受到人们的广泛关注。柔性便携式电子产品的发展亟需柔性储能器件的研制。因此,发展一种廉价、高性能的柔性钠离子电池负极材料成了科研工作者的共同目标。在此项工作中,我们通过简单的水热合成和热还原法发展了一种以柔性碳布为基底,与缺氧型的Na₂Ti₃O₇纳米带(NTO)构成三维阵列结构的新型柔性钠离子电池负极材料。复合材料(R-NTO/CC)的导电性和活性位点得到提高,电化学性能也大幅提升,在200 mA·cm^-2的电流密度下,实现100 mAh·cm^-2的面积比容量,且经过200次循环后仍保留最初电容值的80%。此外,这种电极还具有优良的倍率性能,当电流密度提高到400 mA·cm^-2时,仍保持69.7 mAh·cm^-2的面积比容量,是未引入氧空位材料的三倍之多。这种三维缺氧的电极材料可有效提高载流子浓度,缩短离子传输通道,从而大幅提升电极的电化学性能。此工作为设计合成高储钠性能的新型的负极材料提供了一种实用有效的策略。     

碳布负载的缺氧型Na_2Ti_3O_7纳米带阵列作为高性能柔性钠离子电池负极材料（英文）

作为锂离子电池的理想替代品,钠离子电池因具有能源储备丰富、成本低廉等优点而受到人们的广泛关注。柔性便携式电子产品的发展亟需柔性储能器件的研制。因此,发展一种廉价、高性能的柔性钠离子电池负极材料成了科研工作者的共同目标。在此项工作中,我们通过简单的水热合成和热还原法发展了一种以柔性碳布为基底,与缺氧型的Na_2Ti_3O_7纳米带(NTO)构成三维阵列结构的新型柔性钠离子电池负极材料。复合材料(R-NTO/CC)的导电性和活性位点得到提高,电化学性能也大幅提升,在200 m A·cm~(-2)的电流密度下,实现100 m Ah·cm~(-2)的面积比容量,且经过200次循环后仍保留最初电容值的80%。此外,这种电极还具有优良的倍率性能,当电流密度提高到400 m A·cm~(-2)时,仍保持69.7m Ah·cm~(-2)的面积比容量,是未引入氧空位材料的三倍之多。这种三维缺氧的电极材料可有效提高载流子浓度,缩短离子传输通道,从而大幅提升电极的电化学性能。此工作为设计合成高储钠性能的新型的负极材料提供了一种实用有效的策略。     

新型柔性储能器件:柔性锂离子电池

柔性锂离子电池是一种新兴的锂离子电池，虽然与锂离子电池的工作原理相同，但使用柔性的集流体，因此展现出柔性，以及可弯折、可伸缩的特性，所以可以成为柔性/可穿戴器件的动力源。介绍了2种实现柔性锂离子电池的途径：一种是开发基于各种导电集流体（包括碳纳米管、石墨烯和碳布）的柔性锂离子电池；另一种是设计和构筑新型结构（包括电缆/电线型、透明型和可伸缩型）的柔性锂离子电池。     

新一代碳纳米管阴极电池问世

<正>加拿大阿尔伯塔大学的一个研究小组用碳纳米管材料开发出一种新型电池。与目前市场上普通的锂离子电池相比,新型电池充电速度更快,容量更大,使用寿命更长。相关论文发表在最新一期的《科学报告》杂志上。负责此项研究的加拿大阿尔伯塔大学材料工程学博士崔欣伟(音译)说:"我们曾经尝试过多种不同的材料,但最终还是确定使用碳纳米管。新开发出的这种电化学技术,能够最大程度发挥碳纳米管材料的优势,让电池获得更高的     

氧空位助力柔性钠离子电池

正下一代小型化便携式电子设备,如可穿戴设备、可植入医疗和可折叠器件等的快速发展需要储能器件兼具高能量密度和优异机械柔性的特点。尽管目前有一些不同柔性器件的报道,如柔性太阳能电池、柔性Li-S电池、柔性超级电容器和柔性锂离子电池。但是,目前研究者们大多数还是专注于柔性锂离子电池。值得注意的是,有限的锂资     

基于喷墨打印石墨烯透明导电薄膜研究进展

随着柔性电子产品的应用日渐广泛,采用喷墨打印技术制备大面积柔性电子产品的技术引起了人们的关注。石墨烯由于具有优异的光学和机械性能,成为制备透明导电薄膜的理想材料。石墨烯可以通过物理或化学方法制备得到。而喷墨打印技术因具有成本低廉、操作简单等优点成为制备大面积柔性电子产品的方法之一。本文首先对石墨烯的性质和制备方法进行了简述,然后分别阐述了喷墨打印墨水条件和喷墨打印图案化控制,最后总结了透明导电薄膜的应用进展以及发展趋势。     

OLED器件新型应用研究进展

有机发光二极管(organic light-emitting diodes,OLED)具有可柔性制备、低驱动电压、低功耗等优点,近年来技术上的突飞猛进及其广泛的应用前景,使之成为平板显示、新型照明、可穿戴,以及智能电子产品开发中最热门的研究课题之一.作为新一代的显示及照明技术,小尺寸OLED显示器已实现商业化,大尺寸O...     

纤维储能电池的设计和应用

以纤维锂离子电池为代表的纤维储能电池凭借其独特的一维结构,在物联网、可穿戴技术等新兴领域发挥着重要作用.然而,这类纤维储能电池在面向实际应用的过程中存在高效制备和性能匹配等难题尚未解决,最终无法实现由科学理论向实际应用的过渡.本文结合本课题组近期工作,总结了柔性纤维储能电池方面的研究进展.结合纤维锂离子电池的电化学性能、力学性能以及使用耐受性,首先讨论并归纳了纤维锂离子电池的连续化制备方法;进一步,总结了基于连续化制备的纤维锂离子电池所构建的储能织物以及与可穿戴设备集成等方面的应用,重点聚焦于其在大数据云健康、未来通讯、生物医学等领域的应用场景;最后,总结了柔性纤维储能电池的发展现状并展望了该研究领域的未来发展方向.     

电镀锂离子电池正极材料

正LiCoO_2和LiMn_2O_4是常用的商业锂离子电池正极材料~1,这类材料由高温烧结工艺制备,然后与导电剂、粘接剂配成浆料,涂膜制成极片,最后与负极极片装配成电池~2。这类制备化学经过了半个世纪的发展,在商业上取得了巨大的成功,已经形成了目前锂离子电池正极材料生产的标准工艺。然而,传统工艺无法满足未来新型应用需求。例如,任意形状电池、微型电池、柔性电池     

柔性场发射阴极材料

柔性场发射阴极材料因其独特的可变形和弯曲特性,在电子织物、分布式传感器、纸上显示器以及建筑物表面的大型弯曲显示等领域,具有广泛的发展前景。利用纳米半导体组元构建兼具机械柔性和优越性能的功能柔性系统,是当前活跃的研究热点之一。本文概述了基于低维纳米结构的柔性场发射阴极材料的基本特点,阐述了以聚合物、石墨烯、碳纤维布等典型衬底材料制备场发射阴极材料的最新研究动态,论述了其在显示器和X射线管中的应用进展,对其今后的发展方向进行了展望。     

锂离子电池高压电解液

锂离子电池作为一种绿色可充电电池,具有较高能量密度以及功率密度,是便携式电子产品的首选,并逐渐应用于动力汽车领域.为了更好地满足其应用需求,需要进一步提高当前锂离子电池的能量密度.不同于高压正极材料的快速发展,传统电解液在较高工作电压下容易分解,很大程度上阻碍了高能量密度锂离子电池的商业化应用.作为锂离子电池的重要组分...     

锂离子电池隔膜改性研究进展

锂离子电池作为便携式电子产品、新能源汽车、蓄电设备等产品电源备受关注。锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。隔膜虽然不直接参与锂离子电池中的电化学反应,但是隔膜作为锂离子电池的重要组成部分,其性质在很大程度上影响锂离子电池的性能。目前聚烯烃仍是使用最为广泛和商业化最为成功的锂离子电池隔膜材料,但因其不良的电解液浸润性和热稳定性,降低了锂离子电池的电性能和安全性,因此改性成为改善聚烯烃隔膜材料性能和推广应用的重要途径。本文从聚烯烃材料多层膜结构改性、表面涂覆改性和层层自组装改性三方面总结了近五年聚烯烃隔膜改性研究的最新进展。最后,提出增强聚烯烃隔膜的热稳定性和电化学性能仍是未来研究重点,并对新型隔膜材料进行展望。     

基于一体化正极与电解质膜的高性能固态电池（英文）

固态锂电池(SSLBs)因其高能量密度和出色的安全性而备受关注。然而,电极和电解质之间的较大的界面阻抗是阻碍SSLBs发展的关键问题之一。在这项工作中,我们通过同时静电纺丝和静电喷雾的方法制备了一体化的聚丙烯腈(PAN)电解质和LiFePO_4正极膜(PAN-LFP)。通过这种方法制备的PAN-LFP膜具有很好的柔性,并且正极和电解质之间是紧密接触的。把此一体化的PAN-LFP膜与锂金属负极组装成的固态Li|PAN-LFP电池,具有很小的极化和优异的界面稳定性。在0.1C的电流下固态Li|PAN-LFP电池能够放出160.8mAh·g~(-1)的比容量,并且在0.2C的电流下循环500次后仍保持81%的初始容量。此外,所得的固态Li|PAN-LFP电池即使在破坏性实验中也能够正常工作(例如弯曲、剪切),显示出优异的安全性能。     

最强二氧化碳吸收器问世

美国加利福尼亚州的研究人员生产出一种能够从空气中去除大量二氧化碳气体的廉价塑料制品。沿着这条路,这种新材料将能够用于大型电池的研制,甚至在避免灾难性气候变化的尝试中,成为旨在降低大气二氧化碳浓度的“人造树木”的主要成分。     

研制出新型柔性太阳能电池

正中国科学技术大学熊宇杰教授课题组基于应用广泛的半导体硅材料,采用金属纳米结构的热电子注入方法,设计出一种可在近红外区域进行光电转换且具有力学柔性的太阳能电池。研究成果近期已发表于《德国应用化学》。据了解,目前大多数太阳能电池都是针对可见光进行吸收,占太阳光52%的近红外光并没有得到     

CDIO与大学生创新实践的融合

以柔性太阳能电池涂布机设备的研制为例,将CDIO工程化模式用于大学生创新训练项目的设计与研究过程,让学生直接参与思考和解决问题的活动,提高了学生的学习动力,培养了学生的开放式思维、创新能力、沟通表达能力、团队协作精神、责任感等,为培养高素质人才打下基础。