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In Situ Polymer Gel Electrolyte in Boosting Scalable Fibre Lithium Battery Applications

Jie Luo, Qichong Zhang*

Nano-Micro Letters (2024)16: 230

https://doi.org/10.1007/s40820-024-01451-z

论文概述

电子纺织品的蓬勃发展促使可穿戴产品日益多样化，对相应储能设备的需求也日益迫切。值得注意的是，传统的刚性、笨重的平面供电系统极大地影响了它们的透气性、轻量化和实际应用。因此，开发新型高性能柔性储能设备至关重要。纤维锂离子电池(FLB)作为理想的电源解决方案，引起了人们的极大兴趣。已知的液体电解质纤维储能装置具有高离子电导率和良好的电极/电解质界面。然而，界面稳定性差不仅会降低FLB性能，还可能存在泄漏、易燃和密封安全问题，影响其规模化应用。相比之下，准固态电解质比液体电解质更安全，并表现出更高的柔韧性和机械强度。为了有效应对这些挑战，近日，彭慧胜教授团队提出了一种通用通道结构设计策略，利用原位聚合技术，形成紧密的界面兼容性并改善离子传输。所得FLB可以编织成不同尺寸的供电纺织品，提供128 Wh kg⁻1的高能量密度输出，同时在恶劣条件下也表现出良好的耐用性。这种有前途的策略拓展了使用特定聚合物凝胶电解质开发FLB的视野，并大大加深了对可扩展可穿戴能源纺织系统走向可持续未来的理解。

尽管FLB取得了巨大的成就，但在开发所需电池性能、环境可持续性和设备组装方面，凝胶聚合物电解质的选择也应科学地加以评估。在此基础上，提出并展望了电解质未来拟发展方向：(i)对凝胶电解质的深入研究。聚合机理、单体利用率、产生的空隙、膨胀、分解和残留物等问题仍有待克服，否则会降低电池性能。不仅配方需要精心优化，聚合物链和凝胶电解质的结构设计也需要仔细考虑。彻底了解这些方面可以为指导设计电荷转移快、副反应少、稳定性高、性能增强的聚合物凝胶电解质铺平道路；(ii)机器学习辅助设计聚合物凝胶电解质。尽管已经取得了重大的实验进展，但具有聚合物凝胶电解质的FLB是一个复杂的系统，需要多种预测工具，如深度学习算法、人工智能，以探索最佳的电池性能和相应的凝胶电解质。这些进步可以有效地减少时间和成本，从而实现更高效、更耐用的储能系统；(iii)环境与性能的平衡。环境可持续性与性能之间的权衡有利于可持续循环。寻找更可生物降解的电解质是解决环境问题的一种有前途的方法。此外，回收策略等其他努力也是必不可少的，这将最大限度地减少浪费和环境污染，推动储能的绿色未来。

此外，优质的聚合物凝胶电解质在用作可穿戴电源时为FLB带来了无限的可能性。它可以与各种传感器设备或可穿戴电子设备组装在一起。电压或功耗匹配、外部电路设计、无线通讯、硬件连接接口等集成需要精确定制。所有上述努力将有助于更可持续的可穿戴电池技术和环境友好的未来。

作者简介

张其冲

本文通讯作者

中国科学院 研究员

▍主要研究领域

聚焦功能纤维材料与器件前沿方向，围绕“一维限域空间内的结构设计和纤维一体化集成”的关键问题开展了系统研究，揭示了电荷在高曲率纤维界面的高效输运与界面稳定机制，赋予了纤维器件发电、储能、传感、存储与逻辑等功能。

▍个人简介

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员。以第一作者/通讯作者发表学术论文70余篇，包括Nature 1篇、 PNAS 1篇、 Advanced Materials 5篇、Chemical Reviews 1篇、The Innovation: 1篇、 Matter 2篇、Materials Science and Engineering: R: Reports 1篇、Nano Letters 4篇、 Advanced Energy Materials 3篇、ACS Nano 3篇、Advanced Functional Materials 7篇等，共发表SCI学术论文110余篇，14篇入选Web of Science高被引论文，h指数49，写英文学术专著《Advanced Fiber Sensing Technologies》一个章节。入选中国科学院“率先行动”引才计划和江苏省 “双创人才”称号。担任Nano-Micro Lett.、The Innovation、InfoMat、Adv. Fiber Mater.和Carbon Energy等期刊青年编委。

▍Email：qczhang2016@sinano.ac.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2023 IF=31.6，学科排名Q1区前3%，中国科学院期刊分区1区期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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