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谈可穿戴设备与一款柔性锂氧电池

导读: 目前使用的主流锂离子电池,由于结构的因素无法实现柔性可折叠,而一些可折叠的储能设备,例如柔性太阳能薄膜,超级电容、锂离子电池等由于储能密度太低而无法应用,这就制约了可穿戴柔性电子设备的应用。

    电子设备的微型化和可穿戴化是未来电子设备的发展趋势,包括三星、LG在内的显示屏厂家纷纷推出了自家的柔性可折叠屏幕,但是目前像纸张一样的可折叠手机、带显示器的衣服,距离实际应用还有一道难以跨越的障碍——电池的柔性化,锂离子电池作为电子设备的重要的组成部分,承担着为设备提供能源的重任,但是目前使用的主流锂离子电池,由于结构的因素无法实现柔性可折叠,而一些可折叠的储能设备,例如柔性太阳能薄膜,超级电容、锂离子电池等由于储能密度太低而无法应用,这就制约了可穿戴柔性电子设备的应用。

古人居然帮助我们发明了可穿戴锂氧电池

  实际上早在2000多年前的秦朝人早就为我们提供了一种解决方案——竹简,竹简作为中国传统文化的一种典型代表,竹简仍然为推动现代技术的发展贡献着自己的力量。竹简用坚硬的竹子制成,但是却能够弯曲,这主要与其结构设计有关,同样这样的设计也能够应用在柔性储能设备的研发上。例如长春应化所的Qingchao Liu等就借助这一结构开发了一款柔性可穿戴Li-O2电池。

  Li-O2电池是一种高能量可充电电池,其理论比能量达到3600Wh/kg,是锂离子电池能量密度的5到10倍以上。但是由于Li-O2电池的特点使其需要一个O2扩散层(例如泡沫镍、铁网等),目前设计的软包电池叠层结构极大的降低了Li-O2电池的能量密度,同时也导致其无法折叠、弯曲,极大的限制了其在柔性可穿戴设备上的应用。

古人居然帮助我们发明了可穿戴锂氧电池

  Qingchao Liu等在竹简的启发下,开发了一种类似竹简结构的Li-O2电池,这种电池具有极高的可折叠性,其空气正极采用涂有纳米碳颗粒SP的碳纤维编制而成,使得电池可向任意的方向折叠,其编织结构可以使得O2从电池的两侧向电池快速扩散,确保了在O2在空气电极快速、充分发生还原反应和析氧反应,锂负极采用聚丙烯薄膜和疏水性聚合物凝胶保护,这两种材料具有很高孔隙率,确保在正负极之间有足够的锂离子扩散速率,同时可以保护负极在紧急情况下不受水汽,甚至是水的伤害。因此这种电池甚至可以在水下使用。由于这种结构不需要空气扩散层和外部包装,使得电池的能量密度极大的提升。

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