柔性鋰電池為可穿戴設備帶來的發(fā)展前景
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-19 19:16
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電子設備的微型化和可穿戴化是未來電子設備的發(fā)展趨勢，包括三星、LG在內(nèi)的顯示屏廠家紛紛推出了自家的柔性可折疊屏幕，但是目前像紙張一樣的可折疊手機、帶顯示器的衣服，距離實際應用還有一道難以跨越的障礙
——電池的柔性化，鋰離子電池作為電子設備的重要的組成部分，承擔著為設備提供能源的重任，但是目前使用的主流鋰離子電池，由于結(jié)構(gòu)的因素無法實現(xiàn)柔性可折疊，而一些可折疊的儲能設備，例如柔性太陽能薄膜，
超級電容、鋰離子電池等由于儲能密度太低而無法應用，這就制約了可穿戴柔性電子設備的應用。
——電池的柔性化，鋰離子電池作為電子設備的重要的組成部分，承擔著為設備提供能源的重任，但是目前使用的主流鋰離子電池，由于結(jié)構(gòu)的因素無法實現(xiàn)柔性可折疊，而一些可折疊的儲能設備，例如柔性太陽能薄膜，
超級電容、鋰離子電池等由于儲能密度太低而無法應用，這就制約了可穿戴柔性電子設備的應用。
實際上早在2000多年前的秦朝人早就為我們提供了一種解決方案——竹簡，竹簡作為中國傳統(tǒng)文化的一種典型代表，竹簡仍然為推動現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展貢獻著自己的力量。竹簡用堅硬的竹子制成，但是卻能夠彎曲，這主
要與其結(jié)構(gòu)設計有關(guān)，同樣這樣的設計也能夠應用在柔性儲能設備的研發(fā)上。例如長春應化所的Qingchao Liu等就借助這一結(jié)構(gòu)開發(fā)了一款柔性可穿戴Li-O2電池。
Li-O2電池是一種高能量可充電電池，其理論比能量達到3600Wh/kg，是鋰離子電池能量密度的5到10倍以上。但是由于Li-O2電池的特點使其需要一個O2擴散層（例如泡沫鎳、鐵網(wǎng)等），目前設計的軟包電池疊層結(jié)構(gòu)極
大的降低了Li-O2電池的能量密度，同時也導致其無法折疊、彎曲，極大的限制了其在柔性可穿戴設備上的應用。
Qingchao Liu等在竹簡的啟發(fā)下，開發(fā)了一種類似竹簡結(jié)構(gòu)的Li-O2電池，這種電池具有極高的可折疊性，其空氣正極采用涂有納米碳顆粒SP的碳纖維編制而成，使得電池可向任意的方向折疊，其編織結(jié)構(gòu)可以使得O2從電
池的兩側(cè)向電池快速擴散，確保了在O2在空氣電極快速、充分發(fā)生還原反應和析氧反應，鋰負極采用聚丙烯薄膜和疏水性聚合物凝膠保護，這兩種材料具有很高孔隙率，確保在正負極之間有足夠的鋰離子擴散速率，同時可
以保護負極在緊急情況下不受水汽，甚至是水的傷害。因此這種電池甚至可以在水下使用。由于這種結(jié)構(gòu)不需要空氣擴散層和外部包裝，使得電池的能量密度極大的提升。
電化學實驗發(fā)現(xiàn)在100mA/g的電流密度下這種電池的放電比容量達到8200mAh/g，即便把電流密度提高8倍達到800mAh/g，放電比容量仍然可以達到1000mAh/g，目前實驗階段的電池能量密度達到了523.1Wh/kg。通過對正極表
面形貌的研究發(fā)現(xiàn)在放電后，在正極碳纖維的表面形成了一層大約50nm厚的放電產(chǎn)物，通過后續(xù)的XRD衍射分析發(fā)現(xiàn)，這層產(chǎn)物為Li2O2。
這種電池的放電容量和電壓幾乎不受折疊狀態(tài)的影響，電池表現(xiàn)出了極佳的可折疊性，甚至將電池的一部分放入到水中時電池仍然能夠正常工作，這就保證了電池在實際使用時面對下雨等惡劣環(huán)境具有很好的耐受性。目
前這種電池的制備成本還過高，難以實現(xiàn)商業(yè)化，但是隨著技術(shù)的不斷進步，相信其制備成本也會迅速下降，由于其柔性可折疊的特點，使得其具有良好的應用前景。
中華民族具有五千余年的文明史，為我們留下了璀璨的文化遺產(chǎn)，只要我們善于發(fā)掘，就能從古人的智慧之中汲取養(yǎng)分，用于解決今天我們所面對的困難！
實際上早在2000多年前的秦朝人早就為我們提供了一種解決方案——竹簡，竹簡作為中國傳統(tǒng)文化的一種典型代表，竹簡仍然為推動現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展貢獻著自己的力量。竹簡用堅硬的竹子制成，但是卻能夠彎曲，這主要與其結(jié)構(gòu)設計有關(guān)，同樣這樣的設計也能夠應用在柔性儲能設備的研發(fā)上。例如長春應化所的Qingchao Liu等就借助這一結(jié)構(gòu)開發(fā)了一款柔性可穿戴Li-O2電池。
Li-O2電池是一種高能量可充電電池，其理論比能量達到3600Wh/kg，是鋰離子電池能量密度的5到10倍以上。但是由于Li-O2電池的特點使其需要一個O2擴散層（例如泡沫鎳、鐵網(wǎng)等），目前設計的軟包電池疊層結(jié)構(gòu)極大的降低了Li-O2電池的能量密度，同時也導致其無法折疊、彎曲，極大的限制了其在柔性可穿戴設備上的應用。 實際上早在2000多年前的秦朝人早就為我們提供了一種解決方案——竹簡，竹簡作為中國傳統(tǒng)文化的一種典型代表，竹簡仍然為推動現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展貢獻著自己的力量。竹簡用堅硬的竹子制成，但是卻能夠彎曲，這主要與其結(jié)構(gòu)設計有關(guān)，同樣這樣的設計也能夠應用在柔性儲能設備的研發(fā)上。例如長春應化所的Qingchao Liu等就借助這一結(jié)構(gòu)開發(fā)了一款柔性可穿戴Li-O2電池。
Li-O2電池是一種高能量可充電電池，其理論比能量達到3600Wh/kg，是鋰離子電池能量密度的5到10倍以上。但是由于Li-O2電池的特點使其需要一個O2擴散層（例如泡沫鎳、鐵網(wǎng)等），目前設計的軟包電池疊層結(jié)構(gòu)極大的降低了Li-O2電池的能量密度，同時也導致其無法折疊、彎曲，極大的限制了其在柔性可穿戴設備上的應用。
