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韩国科学技术高级研究院(Korea Advanced Institute of Science and Technology,简称KAIST)和首尔国立大学(Seoul National University)的科研人员合作,成功研制出一种可以弯曲的锂离子电池。
未来可以弯曲的电子设备如可穿戴的计算机或显示设备,如果需要弯曲的电源可以卷成一根类似于管道一样。不幸的是研究人员目前已开发出的电池受到电极材料的限制,无法进行弯曲;既是有可以弯曲的电池也是能量存储能力非常有限。
现在,韩国研究人员已经设计了一种使用高质量的电池材料来制造可弯曲的电池之法。当研究人员建立一种柔软的电池时,他们把电极材料装配在可弯曲的衬底上,衬底材料如塑料、纸或纺织物等,但这些基板必须是一种温度敏感材料。因此,他们不能使用高温加工,需要使用在传统电池、不可弯曲电池所发现的高质量的无机材料电极。例如,制造商由锂钴氧化物构成的退火电极、这种材料广泛分布在便携式电子产品的锂离子电池中,在700 ℃,可以使柔性衬底融化。
韩国科学技术高级研究院材料科学教授Keon Jae Lee和他的同事想利用传统的刚性电池研究所发现的高性能材料创建一种新电池,然后将其应用于柔性衬底上。他们的解决方案是建立在云母上的电池,因为云母可以承受高温。他们将退火工艺用于制作出高质量的锂钴氧化物阴极,也有助于将其从云母中分离出来。退火后的阴极,在配上固体电解质和金属锂阳极构成一种新电池。研究人员可以使用胶带从云母中分离出电池。为了创建一种电池柔性衬底,Keon Jae Lee和他的同事接着将剥离电池封装在柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)之中。这种电池大约只有10 μm厚,最大储能密度为2200 μWh /cm3。研究人员还将可以弯曲的薄膜电池的性能与一种固定在不可弯曲衬底上的类似电池进行了比较。可弯曲电池的放电功率为4.2 V,其值相当由刚性电池产生的功率。最后, Keon Jae Lee的研究小组还使用此可以弯曲的电池作为有机发光二极管显示器的电源,他们声称这也是首次演示一种具有柔软性的电源为柔性显示装置供电。
美国斯坦福大学材料科学家崔毅(Yi Cui音译)说,这些柔性电池显示潜在的优势,然而,便携式电子设备如手机所使用的电池存储的能量要比Keon Jae Lee他们研究小组迄今为止研制的柔性电池更多。提高能源存储的方法之一就是柔性电池变得更厚。但是,崔毅同时指出,如果电池太厚,其柔软性就会受到影响。
Keon Jae Lee领导的研究小组正在研究如何让他们的电池拥有更高的能源密度,包括在维持柔软性的前提下将多层薄膜电池堆积在一起。他们也正在开发一种用激光脉冲一步使电池从云母衬底中解离出来。Keon Jae Lee说,与比胶带法相比较,激光技术会更加适宜于大规模制造。更多信息请浏览:Bendable Inorganic Thin-Film Battery for Fully Flexible Electronic Systems
补充材料请浏览:http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/nl302254v/suppl_file/nl302254v_si_001.pdf
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