适用于柔性电子产品的完全可拉伸锂离子电池

 

当你想到电池时，你可能不会想到它有弹性。但电池需要这种可变形的特性才能融入柔性电子产品中，而柔性电子产品在可穿戴健康监测器中越来越受欢迎。现在，研究人员报告了一种锂离子电池，其组件完全可拉伸，包括可膨胀 5000% 的电解质层，并且在近 70 次充电/放电循环后仍能保持其电荷存储容量。

 

当你想到电池时，你可能不会想到它有弹性。但电池需要这种可变形的特性才能融入柔性电子产品中，而柔性电子产品在可穿戴健康监测器中越来越受欢迎。现在，ACS Energy Letters的研究人员报告了一种锂离子电池，其组件完全可拉伸，包括可膨胀 5000% 的电解质层，并且在近 70 次充电/放电循环后仍能保持其电荷存储容量。

会弯曲和拉伸的电子设备需要具有类似特性的电池。

大多数尝试制造这种电池的研究人员都是用编织导电织物或折叠成可扩展形状的刚性部件来制作的，类似于折纸。

但对于真正可塑的电池来说，每个部分——收集电荷的电极和平衡电荷的中间电解质层——都必须具有弹性。

到目前为止，真正可拉伸的电池原型具有中等弹性、复杂的组装工艺或有限的储能容量，尤其是随着时间的推移反复充电和放电。

后者可能是由于电解质层和电极之间的连接薄弱或液体电解质不稳定，当电池改变形状时液体电解质可能会移动。

因此，Wen-Yong Lai 和同事们不想使用液体，而是希望将电解质融入两个柔性电极膜之间的聚合物层中，从而制造出完全固体且有弹性的电池。

为了制作全弹性电池的电极，研究团队将一层含有银纳米线、炭黑和锂基阴极或阳极材料的导电糊薄膜铺在一块板上。

然后在糊状物顶部涂上一层聚二甲基硅氧烷，一种常用于隐形眼镜的柔性材料。

研究人员直接在这层薄膜的顶部添加了锂盐、高导电性液体以及制造弹性聚合物的成分。

当被光激活时，这些成分结合形成一个固体的橡胶层，能够拉伸至原始长度的 5000%，并能够传输锂离子。

最后，在堆栈顶部添加另一层电极膜，并将整个装置密封在保护涂层中。

当将固体弹性电池设计与采用传统液体电解质的类似设备进行比较时，新版本在快速充电速率下的平均充电容量大约高出六倍。

同样，固体电池在67次充电和放电循环过程中保持了更稳定的容量。