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电化学|可穿戴设备又上新 电池“织”成的衣服来了( 二 )

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创新路线 ， 实现连续化制备
【电化学|可穿戴设备又上新 电池“织”成的衣服来了】要实现高效负载纤维锂离子电池活性材料的高效连续制备 ， 必须有效解决活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题 。 “在纤维表面进行涂覆时很容易产生串珠等涂覆不均匀的现象 ， 就像糖葫芦一样 ， 严重影响了纤维电极制备的连续性和电池的电化学性能 。 ”何纪卿解释道 ， 经典的平面涂覆方法很难适用于高曲率的纤维 。
为此 ， 团队发展出了高效负载纤维锂离子电池活性材料的连续化方法 ， 通过调控正负极活性材料组分和黏附力 ， 有效解决了聚合物复合活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题 ， 并自主设计和建立了面向纤维锂离子电池连续构建的标准化装置 ， 实现了活性材料在千米级光滑纤维表面的高效负载和精准控制 ， 获得到了高负载量、涂覆均匀和容量高度匹配的正、负极纤维电极材料 。 团队进一步将正极纤维和包覆高分子隔膜的负极纤维进行缠绕组装 ， 并进行有效的封装和电解液注入 ， 最终实现了高性能纤维聚合物锂离子电池的连续化制备 。 所制得的纤维电池容量随长度线性增加 ， 显示该构建路线具有良好的可靠性 。
应用前景广阔 ， 普及任重道远
今年3月 ， 复旦大学彭慧胜、陈培宁的团队论文《大面积显示织物及其功能集成系统》发表于《自然》杂志主刊 ， 他们自主研发的全柔性织物显示系统 ， 可紧贴人体不规则轮廓 ， 像普通织物一样轻薄透气 ， 确保良好的穿着舒适度 。
谈起这一成果 ， 彭慧胜表示：“前者是用电 ， 我们现在的这个研究是供电 ， 二者完全不同但又紧密相关 。 ”
该纤维锂聚合物离子电池表现出了良好的综合性能 ， 显示了广阔的应用前景 。 基于包括封装材料在内的全电池重量 ， 其能量密度超过85瓦时/千克(Wh/kg) ， 长度为1米的电池可以为智能手机、手环、心率监测仪、血氧仪等可穿戴电子设备长时间连续有效供电；纤维锂离子电池还具有良好的循环稳定性 ， 循环500圈后 ， 电池的容量保持率仍然达到90.5% ， 库伦效率为99.8%；在曲率半径为1厘米的情况下 ， 将纤维锂离子电池弯折10万次后 ， 其容量保持率仍大于80%；甚至在重复水洗、挤压等严苛环境下也可以保持较为稳定的电化学性能 。 进一步通过纺织方法 ， 团队已经获得了高性能的大面积电池织物 。 “如果将电池织物和无线充电发射装置集成 ， 可安全、稳定地为智能手机进行无线充电 。 ”何纪卿说 。
从新现象到新规律 ， 到连续构建关键技术的突破 ， 到几乎所有核心设备的自主研发 ， 再到工程化连续制备路线的不断提高……团队从未止步 。 通过十多年持续不断的深入研究 ， 团队已经把纤维电池从实验室样品发展到了产品模型 ， 特别是实现了高安全性纤维聚合物锂离子电池的连续化构建 ， 并致力于推动纤维电池和织物系统的规模化应用研究 。

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