• <dd id="ueaoa"></dd>
  • <center id="ueaoa"></center>
    <nav id="ueaoa"><strong id="ueaoa"></strong></nav>

    纖維狀碳納米管電池可編織成高性能“能源衣”

      纖維狀碳納米管電池可織成“能源衣”

      

      纖維狀全鋰離子電池可被織成衣服為可穿戴式電子產品供電。美國化學學會提供

      科技日報訊 (記者華凌)若從最近谷歌眼鏡(Google Glass)的新品發布和蘋果iWatch智能腕表即將上市的種種跡象來看,可穿戴電子產品將可能掀起下一個新科技浪潮。為了解決這類產品的電力供應問題,中國上海復旦大學的研究人員首次制備出基于碳納米管(CNT)的纖維狀全鋰離子電池,可被靈活地編織成具有高性能的柔性能源紡織品。該研究成果發表在最新一期的《納米快報》上。

      從頭部顯示到生物醫學監測,可穿戴式電子產品可以提供許多先進的功能,對電池的要求很高,不僅體積小、重量輕,還必須具備滿足設備運行諸多功能所需的強大能量。因此,可穿戴式電子產品最大的技術瓶頸即是電池。

      據物理學家組織網5月27日報道,新的研究設計和編制的碳納米管(CNT)復合紗線,可牢牢纏繞進棉纖維之中,創建出高性能的鋰離子電池。該纖維的直徑為1毫米左右,可以編織成柔性的織物或布料,并且與靈活的可佩戴電子設備兼容。

      參與這項研究的翁偉(音譯)說:“這種電源能夠被直接無縫集成到可穿戴式的電子產品是非常必要的。由于它需要被靈活地織成衣物,纖維狀的電源是最理想的。雖然這是初次實現碳納米管纖維狀鋰離子電池,它卻表現出非常好的電化學性能,包括高能量密度達0.75兆瓦時/平方厘米,并在經過100次使用周期后,電池保有容量達87%?!?/P>

      設計纖維狀鋰離子電池的最大挑戰之一,是廣為人知的硅膨脹問題。在充電/放電過程期間會發生化學反應,硅的體積經受巨大的變化可達300%。為適應這種情況,研究人員引入碳納米管制成一個復合CNT/硅紗陽極。碳納米管有效緩沖了硅的體積變化,并將其牢固化。如果沒有這種混合結構,硅的膨脹會使其剝落,導致電池損壞。

      對于制作陰極的材料,研究人員采用碳納米管和錳酸鋰,其好處是高穩定性、工作電壓高和成本低。通過將由凝膠電解質分隔的陽極和陰極基于CNT的紗線纏繞進棉纖維,這種鋰離子電池就可編織成一個柔性織物。

      此前,研究人員曾嘗試制造超級電容器纖維,但由于鋰離子電池纖維難以制造,便沒有把太多的關注投入其中。然而,鋰離子電池具有一定的優勢,例如更高的能量密度和較低的自放電損失,相比超級電容器,它們為一般的可佩戴電子設備提供了更好的選擇。研究人員解釋說,在這方面,目前的工作是基于之前的研究有所改善,但仍然有進一步改進的余地。

      研究人員說:“2012年的報道稱,鋰離子電池使用銅線作為骨架,具有類似電纜型的形狀。其結果是很棒的,但由于這種電池具有大直徑、使用液態電解質,并且很重,也許不適合織成能源紡織品?,F在采用碳納米管纖維作為其骨架,密度接近銅的1/9,并且使用凝膠電解質以確保安全性。另外,復合紗線的陽極和陰極由碳納米管纖維,以及直徑為100μm,僅是電纜電池中陽極1/10的活性材料制成,因此這種纖維狀電池與用于制衣的聚合物纖維兼容,實現了高性能的電池?!?/P>

      在未來,研究人員計劃在各種領域進一步改善這種纖維電池。研究人員說:“首先,提高性能,如容量和循環壽命;其次,規?;a;第三,其他功能將被合并,例如拉伸、變色和自供電?!?/P>

    相關文章