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香港理工大学郑子剑教授团队研发超柔软高效能织物锂电池配合可穿戴电子产品飙升需求
2019-05-27  来源:中国聚合物网

  香港理工大学的研究团队研发了一种超柔软的高效能织物锂电池,能为可穿戴电子产品提供更稳定、耐用和安全的能源供应,其应用范畴广泛,发展潜力无限,包括医疗健康监测、智能纺织品、智能手机、全球定位系统追踪、物联网部件等等。

  香港理工大学创新的织物锂电池能量密度高达逾450 Wh/L(瓦时/公升),柔软度极佳—可折叠弯曲至半径小于1 mm (毫米),并且折叠超过1,000次,效能仍然保持不变。相比之下,现有的可弯曲锂电池只能弯曲至半径约25 mm,而且效能低得多,只达小于200Wh/L。织物锂电池轻巧、厚度小于0.5 mm,在充电/放电速率快,以及电池寿命长两方面,与传统锂电池不相伯仲。

  由香港理工大学纺织及服装学系团队研发的织物锂电池,今年四月于日内瓦第四十七届国际发明展夺得金奖和两项特别优异奖。

  带领研究团队的郑子剑教授表示:“可穿戴技术被视为继智能手机后,全球下一个重大市场商机。预期可穿戴产品的全球市场收入将以每年增长逾20%的速度跃进,至2024年达1000亿美元。所有可穿戴电子产品都需要可穿戴的能源供应,因此,我们研发的制造织物锂电池的创新技术,应用潜力极为广泛,能为无数新世代产品开拓前瞻性的应用方案,范围遍及医疗护理、信息娱乐、体育、航空航天、时尚服饰、物联网、传感或定位追踪,以至任何超乎我们今天想像的用途。”

  传统锂电池体积大而且重,难以应用于可穿戴产品,十多年来,科学家一直致力开发可弯曲的锂电池,大都集中研究使用金属箔作为电池的集流体。直至理大研发出织物锂电池,才出现突破,同时解决能量密度、柔软度、机械强度、稳定性等方面的问题。

  研究团队采用理大专利的聚合物辅助金属沈积法(Polymer-Assisted Metal Deposition / PAMD)新技术,将高导电金属(铜Cu和镍Ni)均匀地沈积于经处理的织物上,制成导电织物,用作电池中的集流体,导电织物具有低薄层电阻和大比表面积的特质。之后,于导电织物添加正、负电极的活性材料,再加入隔膜与电解液,便能组装成织物锂电池。

  团队进行的变形测试证明,织物锂电池具有极高的机械稳定性、耐用性和安全性,电池经反复对折、或以不同角度扭曲、或不规则地揉皱后,均无损其电压效能。弯曲测试证明,织物锂电池可以弯曲超过1,000次,效能仍然保持不变;连续锤击、剪削和钢针穿刺等安全测试亦证明,电池可为电子元件提供稳定电源,并且不存在着火或爆裂的风险。

  研究结果发表于《自然通讯》上。

  论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-06879-7

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