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復(fù)旦彭慧勝/陳培寧Nature：可彎曲10萬次的高性能纖維鋰離子電池

2023年10月23日下午5:39 ? 頭條, 干貨, 頂刊 ? 閱讀 30

纖維鋰離子電池（FLIB）作為柔性電源解決方案很有吸引力，因?yàn)樗鼈兛梢跃幙棾杉徔椘?，為未來的可穿戴電子設(shè)備提供了方便的供電方式。然而，它們很難生產(chǎn)出長度超過幾厘米的纖維，并且較長的纖維被認(rèn)為具有更高的內(nèi)阻，從而影響電化學(xué)性能。

復(fù)旦大學(xué)彭慧勝、陳培寧等人發(fā)現(xiàn)，纖維的內(nèi)阻與纖維長度呈雙曲余切函數(shù)關(guān)系，隨著長度的增加，內(nèi)阻先減小后趨于穩(wěn)定。系統(tǒng)的研究證實(shí)，這種意想不到的結(jié)果可適用于不同的纖維電池。

圖1 測量和預(yù)測的FLIB內(nèi)阻隨著纖維長度的增加而降低

通過優(yōu)化可擴(kuò)展的制備工藝，這項(xiàng)工作能夠生產(chǎn)長達(dá)數(shù)米的高性能纖維鋰離子電池。根據(jù)鋰鈷氧化物/石墨全電池（包括包裝）的總重量，這種批量生產(chǎn)的纖維電池的能量密度為85.69 Wh/kg（典型值小于8 Wh/kg）。其容量保持率在500次充放電循環(huán)后達(dá)到90.5%，而且在1C倍率下可達(dá)到0.1C倍率容量的93%，與商業(yè)電池（如軟包電池）相當(dāng)。

圖2 長FLIB的連續(xù)制造和結(jié)構(gòu)表征

此外，纖維彎曲100000次后，可保持80%以上的容量。進(jìn)一步作者展示了，由工業(yè)劍桿織機(jī)編織成安全可洗紡織品的纖維鋰離子電池可以無線給手機(jī)充電，或?yàn)榧闪死w維傳感器和紡織品顯示器的健康管理夾克供電。

圖3 FLIB紡織品的應(yīng)用

Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries. Nature 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03772-0

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