韩国科学家开发出可拉伸和可打印的自由形态锂离子电池

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用于开发可穿戴设备的柔软、可机械变形和可拉伸的锂电池。

韩国的一个研究团队开发了一种柔软、可机械变形、可拉伸的锂电池,可用于开发可穿戴设备,并通过将电池打印在衣服表面来检验电池的可行性。由韩国科学技术研究院 (KIST) 软混合材料研究中心的 Jeong Gon Son 博士领导的研究小组宣布,他们已经开发出一种锂电池,其中所有材料,包括阳极、阴极、集电器、电解质和密封剂是可拉伸和可印刷的。该团队开发的锂电池具有高容量和适合机械变形的自由形态特性。

由于对智能手环等高性能可穿戴设备、起搏器等植入式电子设备以及用于现实虚拟世界的软性可穿戴设备的需求快速增长,开发出一种像人一样柔软且可拉伸的电池皮肤和器官一直引起人们的兴趣。

可拉伸锂离子电池

传统电池的硬质无机电极占电池体积的大部分,因此难以拉伸。其他组件,例如用于提取和转移电荷的隔膜和集电器,也必须具有可拉伸性,并且还必须解决液体电解质泄漏问题。

为了提高可拉伸性,研究小组避免使用其他研究中使用的材料,这些材料对于储能来说是不必要的,例如橡胶。然后,在现有粘合剂材料的基础上,开发并应用了一种新型的柔软、可拉伸的有机凝胶材料。这种材料将活性电极材料牢固地固定在适当的位置并促进离子的转移。此外,使用具有优异拉伸性和气体阻隔性的材料制造导电油墨,用作传输电子的集电体材料和密封剂,即使在高电压和各种变形状态下也可以稳定地发挥作用,不会因膨胀而膨胀。以吸收电解质。

该团队开发的电池还能够结合现有的锂离子电池材料,因为它们在行驶中表现出与市售硬质锂离子电池相似的优异能量存储密度(~2.8 mWh/cm 2 ) 3.3 V或更高的电压。团队的可拉伸锂离子电池的所有组成部件都具有机械稳定性,即使在电池反复拉动1000次或更多次后仍能保持其性能,50%或以上的高拉伸性,以及在空气中的长期稳定性.

此外,研究团队将他们开发的电极和集电器材料直接打印在氨纶制成的暖臂的两侧,并在材料上涂上可拉伸的密封剂,展示了直接在材料上打印可拉伸的高压有机电池的能力。衣服。使用由此产生的电池,研究团队能够持续为智能手表供电,即使它在戴上、取下或拉伸时也是如此。

展望

KIST 的 Son 博士表示,他的团队已经开发出一种可拉伸的锂离子电池技术,该技术既提供了结构上的自由度,因为电池的自由形状配置允许它打印在织物等材料上,也提供了材料上的自由度由于能够使用现有的锂离子电池材料,此外还具有拉伸稳定性,这允许高能量密度和机械变形。他还表示,他的团队开发的可伸缩储能系统有望应用于各种可穿戴或可贴身设备的开发。

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