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輕便柔韌可隨意編織的未來電池

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:954次  |  2018年08月14日  

能像毛線一樣編織,能像紙板一樣對(duì)折,也能像皮膚一樣緊緊貼在身上。這樣輕便柔韌的材料居然是電池。容量達(dá)到600毫安時(shí)每克以上,循環(huán)壽命超過1000次,500次以上對(duì)半折也不影響其性能……近日,南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授金鐘團(tuán)隊(duì)在高容量柔性能源器件方面取得的新進(jìn)展引起了不少人的關(guān)注。

從事材料化學(xué)領(lǐng)域研究10多年來,金鐘利用碳納米管、石墨烯和無機(jī)納米纖維等材料的高柔韌性和導(dǎo)電性,用來充當(dāng)儲(chǔ)能電極材料的優(yōu)秀柔性“骨架”。在這些材料的基礎(chǔ)上,經(jīng)過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),堅(jiān)固厚重的電池在金鐘課題組的手里逐漸改變了傳統(tǒng)的模樣。

一般而言,能源器件分兩種,一種負(fù)責(zé)能源存儲(chǔ),一種負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換。前者將電能存儲(chǔ)為化學(xué)能,在需要使用的時(shí)候釋放,所對(duì)應(yīng)的是鋰離子等儲(chǔ)能電池,被稱為化學(xué)電源器件;后者往往可以將光能等其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能,例如太陽(yáng)能電池,其所對(duì)應(yīng)的能源器件被稱為物理電源器件。

“無論哪種能源器件,如果做成柔性、便攜和集成化的,都可能開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。”在金鐘“手”里,電池就好像沒了脾氣般能變成想要的形狀。光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.5%,可以彎折、纏繞、打結(jié),能夠?qū)崿F(xiàn)僅需7秒鐘的快速充電……除了儲(chǔ)能電池,金鐘課題組在柔性太陽(yáng)能電池方面也取得了新的成果。

該團(tuán)隊(duì)以碳納米纖維材料為基礎(chǔ),通過修飾TiO2和MoS2二維材料制備出了多功能的同軸納米復(fù)合纖維電極材料。利用這種纖維電極組裝了可彎折、可編織的柔性線狀太陽(yáng)能電池和光充電能量纖維,獲得了優(yōu)異的性能,并且能夠在光照下快速自發(fā)充電。

與傳統(tǒng)平面狀能源器件相比,纖維狀能源器件質(zhì)量更輕、柔性更好、集成度更高,同時(shí)有可能在未來像高分子纖維一樣通過紡織技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用,從而滿足各種便攜式和可穿戴柔性電子設(shè)備的需求。

想象一下未來穿上可以提供電能、發(fā)光發(fā)熱的衣服吧,你的冬天不再冷冰冰。警示服、腕表、射頻卡片……柔性電池可以做到讓能源隨身攜帶。除了民用,柔性電池也能滿足未來信息化特種的能源供應(yīng)需要。

“在現(xiàn)代化的特種特種特種裝備中,士兵的負(fù)荷中有三分之一的重量來自電池,然而現(xiàn)有的電池系統(tǒng)只能續(xù)航72小時(shí)。”金鐘說,“開發(fā)質(zhì)量體積小、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、輸出功率大、安全性高、更適合穿戴的新電池系統(tǒng),在信息化特種、無人機(jī)、水下航行器等特種應(yīng)用方面具有特別重要的意義。”

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