介紹一種新研發(fā)出來的鋰電池：“折疊式鋰電池”！
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-16 19:30
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大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”已然成為了當(dāng)今社會(huì)的寫照。要說創(chuàng)新，恐怕沒有那個(gè)行業(yè)能和電子產(chǎn)品行業(yè)相提并論。電子產(chǎn)品的發(fā)展，超乎想象，比如，屏幕折疊手機(jī)，自出現(xiàn)之日起，可謂是吊足了消費(fèi)者的眼球。
近年來，大家似乎都比較熱衷于折疊式產(chǎn)品的研發(fā)和使用。比如，市面上比較流行的穿戴式電子產(chǎn)品，如發(fā)熱外套、鞋墊，手環(huán)等，都是可以折疊的。說到電子產(chǎn)品，我們就不能不說鋰電池。以上所說的穿戴式電子產(chǎn)品，都離不開鋰電池的服務(wù)。我們今天重點(diǎn)要討論的，就是一種新研發(fā)出來的鋰電池，即“折疊式鋰電池”。
以往我們?cè)陔娮赢a(chǎn)品上所使用的鋰電池，一般質(zhì)地都比較硬，使用起來，會(huì)讓人有種不舒服的感覺。針對(duì)鋰電池的這一短板，近日香港理工大學(xué)紡織及服裝學(xué)系，研發(fā)出了一款超柔軟的“織物鋰電池”。
據(jù)了解，理大研發(fā)出的這種“織物鋰電池”，可折疊彎曲至直徑約1毫米，能量密度高達(dá)超過450瓦時(shí)／公升，柔軟度極佳，重復(fù)折疊1000次仍無損性能。一般的可彎曲鋰電池只能彎曲至半徑約25毫米，而且效能只有200瓦時(shí)／公升。據(jù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹，這款“織物鋰電池”將來可應(yīng)用于智能手表表帶、發(fā)熱衣物等，產(chǎn)品穿戴舒適之余，也更耐用。
研究團(tuán)隊(duì)采用理大專利的聚合物輔助金屬沉積法新技術(shù)，將高導(dǎo)電金屬銅和鎳均勻地沉積于經(jīng)處理的織物上，例如棉質(zhì)和碳布，制成導(dǎo)電織物，取代一般鋰電池表面的金屬箔，以充當(dāng)集流體及提高柔軟度。
團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的變形測(cè)試證明，織物鋰電池有極高的機(jī)械穩(wěn)定性、耐用性和安全性。電池經(jīng)反復(fù)對(duì)折、以不同角度扭曲、不規(guī)則地揉皺后，均無損其電壓效能；連續(xù)錘擊、剪削和鋼針穿刺等安全測(cè)試，也證明電池可為電子元件提供穩(wěn)定電源，而且不存在著火或著爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。
據(jù)香港理工大學(xué)紡織及服裝學(xué)系教授鄭子劍介紹，研發(fā)這款織物鋰電池，團(tuán)隊(duì)花了整整3年的時(shí)間才完成。其原理是利用聚合物輔助金屬沉積法，將高導(dǎo)電金屬均勻地沉積在經(jīng)處理的織物上，如棉質(zhì)及碳布，“使物料導(dǎo)電化”，取代一般鋰電池表面的金屬箔，以充當(dāng)集流體并提高柔軟度。
鄭子劍教授還介紹，織物鋰電池相比傳統(tǒng)鋰電池，既小又薄，厚度小于0．5毫米。以往智能手表表帶、發(fā)熱衣物等這些智能產(chǎn)品充滿電只夠用1天，但要是用織物鋰電池，充電后可達(dá)2天。
除了能為可穿戴的電子產(chǎn)品提供穩(wěn)定、耐用和安全的能源供應(yīng)外，織物鋰電池還可應(yīng)用于醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)、智能紡織品等多個(gè)范疇和領(lǐng)域。照此趨勢(shì)，今后“織物鋰電池”的日常普遍化，也許只不過是時(shí)間問題。
電池是最受歡迎的便攜式能源，由三個(gè)基本部件組成 – 陽極、陰極和電解液，該三部分相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，陽極產(chǎn)生額外的電子（氧化），電子被陰極吸收（還原），從而產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。由于電解液抑制了陽極和陰極之間的電子流動(dòng)，電子會(huì)優(yōu)先在外部電路流動(dòng)，從而導(dǎo)致電流或“電”流動(dòng)。當(dāng)陰極／陽極中的材料不能再吸收／脫落電子時(shí)，電池就“死了”。
但是，有些材料利用反向運(yùn)行的外部電力，能夠逆轉(zhuǎn)此類化學(xué)反應(yīng)，從而使材料回到原來的狀態(tài)，此類可充電電池即手機(jī)、平板電腦和電動(dòng)汽車等設(shè)備中的電池。
東京理科大學(xué)的Idemoto教授及其同事合成了取代鈷的MgNiO2材料，有潛力成為新型陰極材料。Idemoto教授表示：“我們專注于使用多價(jià)鎂離子作為可移動(dòng)離子的可充電鎂電池，有望實(shí)現(xiàn)能量密度高的下一代可充電電池。”最近，由于鎂電池毒性低、容易實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)反應(yīng)，使人們對(duì)利用鎂作為高能量密度可充電電池的陽極材料產(chǎn)生了極大的興趣。但是，由于缺乏合適的互補(bǔ)型陰極和電解液，很難實(shí)現(xiàn)。
在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究人員利用“反向共沉淀法”合成了此種新型鹽，而且可從水溶液中提取此種新型巖鹽。為了研究萃取鹽的結(jié)構(gòu)和晶格成像，研究人員采用了中子和同步X射線光譜學(xué)，換句話說，他們研究了粉末樣品在中子或x射線照射下產(chǎn)生的衍射圖樣，同時(shí)，對(duì)巖鹽種類進(jìn)行理論計(jì)算和模擬，此類巖鹽具有正極材料所需的“充放電行為”，使得他們能夠根據(jù)生成的100個(gè)對(duì)稱不同候選結(jié)構(gòu)中能量最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，來確定鎂、鎳和鈷正離子在巖鹽結(jié)構(gòu)中的排列。
除了結(jié)構(gòu)分析，研究人員還用三極電池和已知的參考電極在各種條件下進(jìn)行充放電測(cè)試,以了解巖鹽作為鎂充電電池正極材料的電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)鎂的成分和鎳／鈷的比例來控制電池的特性。進(jìn)行的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)分析使研究人員能夠展示巖鹽可作為正極材料，以及在不同環(huán)境下具有可靠性。
目前，二次電池行業(yè)主要以鋰離子電池為主，在汽車和便攜式設(shè)備中用于電力存儲(chǔ)。但是，此類電池的能量密度和電力存儲(chǔ)能力有限。然而，Idemoto教授表示，新型二次鎂電池作為高能量密度的二次電池，有能力替代鋰離子電池。
