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可大规模生产的高性能编织锂离子纤维电池

发布时间21/09/02
来源:高分子科学前沿
 2021年3月11日,复旦大学高分子科学系教授彭慧胜领衔的研究团队成功将显示器件的制备与织物编织过程实现融合,在高分子复合纤维交织点集成多功能微型发光器件,揭示了纤维电极之间电场分布的独特规律,实现了大面积柔性显示织物和智能集成系统


相关研究成果以《大面积显示织物及其功能集成系统》(“Large-area display textiles integrated with functional systems”)为题在线发表于《自然》(Nature)主刊,审稿人评价其“创造了重要而有价值的新知识”。彭慧胜、陈培宁为该论文通讯作者,复旦大学高分子科学系博士研究生施翔、硕士研究生左勇以及工程与应用技术研究院博士研究生翟鹏为第一作者。
不到半年,再发Nature!
2021年9月1日,复旦大学彭慧胜团队在高分子纤维器件领域取得新进展发现了纤维锂离子电池内阻与长度之间的双曲余切函数关系,有效解决了活性材料和纤维电极界面稳定性难题,连续构建出兼具高安全性、高性能的新型纤维聚合物锂离子电池。

相关研究成果以“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”为题,于2021年9月1日发表在Nature上,审稿人评价这个工作是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”(“landmark research not only in energy storage but also in wearable technology”)和“柔性电子领域的一个里程碑”(“a milestone towards the prevalence of flexible electronics”)。高分子科学系博士生何纪卿路晨昊为共同第一作者。

作为现代电子设备的“心脏”,以锂离子电池为代表的储能器件是现代电子工业和人们生活不可或缺的组成部分。近年来,智能电子织物可实现器件功能、纺织方法、织物形态的有机融合,兼具智能、柔软、适应复杂形变、透气导湿等优点,是未来可穿戴等领域的重要发展方向。
彭慧胜团队从2008年开始研究新型柔性电池系统,在2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池,为满足智能电子织物等可穿戴设备的能源供给需求提供了新的有效路径,有望推动传统纺织制造和物联网、人机交互、大数据、人工智能等新兴领域的快速融合发展。

经过最近几年国际学术界的共同努力,纤维锂离子电池取得了系列积极进展,但仍然面临一些重大难题,限制了它的实际应用。一方面,过去人们通常认为纤维锂离子电池越长其内阻就越大,很难实现较长的纤维锂离子电池;另一方面,面向块状锂离子电池的成熟生产体系很难适用于纤维锂离子电池,国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白。迄今为止报道的纤维锂离子电池长度往往在厘米尺度,基于整体质量的能量密度也比较低(如<1 Wh/kg)。
彭慧胜团队在研究纤维锂离子电池连续化制备的过程中意外发现,纤维锂离子电池内阻随长度增加而降低,进一步探究发现纤维锂离子电池的内阻与长度呈双曲余切函数关系,即随着长度的增加内阻先降低后逐步趋于稳定。使用导电率较高的纤维集流体,有利于降低纤维锂离子电池的内阻。上述关系规律得到了系统的实验验证,为纤维锂离子电池的连续构建奠定了理论基础。