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隨著柔性/可穿戴電子產品的蓬勃發展，柔性鋰離子電池(LIBs)一直備受關注。然而，在柔性電極中同時平衡優異的能量密度和機械柔韌性的困境阻礙了它們的實際應用。

四川大學張楚虹等首次提出了一種定向冷凍輔助3D打印策略來構建柔性、可壓縮和超高能量/功率密度的LIBs。

圖1 材料制備及表征

作為獲得定向孔隙的一種通用且高效的方法，定向冷凍擠壓3D打印與其他調整孔隙結構的策略（如共擠燒結、犧牲劑和磁模板等）相比，具有優異的適應性和可操作性，并且還可以有效避免對印刷電極結構的潛在破壞。

在此，纖維素納米纖維（CNFs）被選作流變調節劑以改變油墨的流變特性并為電極提供機械強度，碳納米管（CNTs）通過形成3D導電網絡來提高電極的導電性。CNTs和CNFs與活性材料的糾纏形成了電子和應力釋放的雙重傳導網絡，為柔性電極性能的維持提供了有力保障。

圖2 3D打印LFP/CNT/CNF電極的電化學性能

正如預期的那樣，3D打印全電池在功率密度為3.0 mW cm^–2時的最大面能量密度為15.2 mWh cm^–2，在能量密度為7.3 mWh cm^–2時的最大功率密度為75.9 mW cm^–2，優于之前報道的所有柔性LIBs。

雙層全電池在彎曲狀態下的面容量保持率可達到92.9%，彎曲1000次后仍可保持85.4%。在50%的壓縮應變下，8層全電池也可保持92.3%的初始容量。因此，這項工作為解決柔性儲能裝置的高柔性和高能量密度之間的長期困境提供了一個可行的解決方案。

圖3 柔性全電池的電化學性能

Directional Freezing Assisted 3D Printing to Solve a Flexible Battery Dilemma: Ultrahigh Energy/Power Density and Uncompromised Mechanical Compliance. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200233

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川大張楚虹AEM：定向冷凍助力柔性鋰離子電池實現創紀錄的能量/功率密度！

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