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柔性可拉伸锂离子电池问世

导读: 柔性电子产品,例如柔性的智能手机,电子纸,等等存在的最大的问题是缺乏一种柔性可拉伸的电池。有一些研究小组曾经发展出柔性可拉伸的电池,但这些电池大多性能很低,而且由于采用打印或聚合物来制作电池电池,无法在商业生产中大规模制造。

  柔性电子产品,例如柔性的智能手机,电子纸,等等存在的最大的问题是缺乏一种柔性可拉伸的电池。有一些研究小组曾经发展出柔性可拉伸的电池,但这些电池大多性能很低,而且由于采用打印或聚合物来制作电池电池,无法在商业生产中大规模制造。

  近日,美国亚利桑那州立大学姜汉卿和于宏宇教授带领的科研小组融合传统的折纸艺术与现代材料科学,研发了一种柔性可变形的高性能锂电池。这种电池可以被反复拉伸(超过1,300%的拉伸度)、弯曲和扭曲,同时保持着电池容量和输出功率不变。最令人兴奋的是,所有的工艺使用了标准电极材料(石墨为负极,钴酸锂为正极),标准集流体(铝和铜箔)和包装技术(铝塑膜),这意味着这项技术是安全的,理论上可以进行大规模生产和实现商业化,这将有利于解决柔性电子中的储能问题。这一题目为“Origami Lithium-ion batteries”(基于折纸艺术的锂离子电池)的研究成果公布在《自然-通讯》杂志上,并已经申请美国国家专利。

  这种锂电池采用由Koryo Miura发明的Miura-ori折纸结构。这种折纸结构最初的目的是为了建造航天飞船中可以节省空间的折叠式太阳能电池板,这中间的关键是,褶皱让电池可以被拉伸、扭曲、弯折,并且保证没有过多的应力施加到内部。

  这种锂电池不仅具有优越的柔性和可拉伸性,而且具有相当好的电化学性能:一个1平方厘米大小的折纸电池,面积的容量1-2毫安左右,而且容量还可以通过增加更多的活性材料来提高。它的功率也可以媲美传统的锂离子电池。即使在经历过超过200次反复折叠后,折纸电池仍然能保持其性能。

  展望未来,亚利桑那州立大学的折纸电池可以在柔性和可穿戴的电子产品发展中发挥重要的作用。目前的电池都是刚性的,大块儿的,这两点对于可穿戴电子产品来说不仅难看而且不舒服。未来我们可以不必把容量非常小的纽扣电池放在智能手边的表盘中,而是用能集成在表带中的大容量柔性折纸电池。如果你想使用可折叠柔性电子纸显示器,或者是柔性智能手机,柔性的折纸电池是非常必要的。姜汉卿教授表示他们有意把该项技术进一步推向商业应用。

  值得思考的是,像折纸这种可能已经存在了几千年的艺术形式- 可能是未来柔性电子时代的关键。

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