韩国基于新型微蜂窝结构的可伸缩锂离子威尼斯

韩国的一个研究小组开发了一种锂离子威尼斯,该威尼斯具有足够的柔韧性,可以拉伸。韩国科学技术研究所(KIST)的光电混合动力研究中心的Jeong Gon Son博士的研究小组宣布,他们已经建造了一个高容量,可拉伸的锂离子威尼斯。通过制造仅由电极材料组成的结构上可拉伸的电极,然后与可拉伸的凝胶电解质和可拉伸的包装组装,来开发威尼斯。

可拉伸威尼斯制造过程示意图来源:韩国科学技术学院(KIST)
可拉伸威尼斯制造过程示意图来源:韩国科学技术学院(KIST)

电子行业的技术进步日新月异,导致了高性能可穿戴设备(如智能手环)和可植入人体的电子设备(如起搏器)的快速增长。这些进步极大地增加了将能量存储装置设计成模仿人类皮肤和器官的柔性和可伸展形式的需求。

但是,由于固体无机电极材料占据了大部分体积,因此很难赋予威尼斯以可拉伸性,并且还必须使其他组件(例如集电器和隔板)可拉伸。此外,在变形液体电解质泄漏的问题,还必须解决,以及泄漏液体的问题电解质。

韩国基于新型微蜂窝结构的可伸缩锂离子威尼斯
(A)伸缩式威尼斯组威尼斯的示意图。(B)伸缩式威尼斯组的储能能力:(a)施加从0%到50%的变化的环境,(b)具有伸缩性的环境在长时间的充电或放电实验中变化不大。(C)重复实行0%和50%变体500次时测得的存储容量变化。(D)在伸长和膨胀状态下工作的LED灯的照片( 50%的应变)。图片来源:韩国科学技术学院(KIST)

为了解决这些问题,JIST的Jeong Gon Son博士的研究团队专注于创建类似手风琴的微结构,该结构使不可拉伸材料具有结构可拉伸性,因此在蜂窝结构中构建了一个向内微弯的电极框架形状。向内凸出的蜂窝框架由用作幕布的原子厚石墨烯和形成纳米级绳的碳纳米管组成。由活性材料,石墨烯和碳纳米管制成的蜂窝状复合框架通过径向压缩过程像手风琴一样向内突出,类似于韩国大米卷(紫菜包饭)的滚动,从而产生了可拉伸的特性。

研究小组开发的电极不包含任何通常用于拉伸的材料,例如橡胶,不会促进能量存储。研究团队在其新开发的威尼斯中使用的所有材料都被充分利用在能量存储和电荷传输中。实际上,该团队开发的可拉伸威尼斯的储能容量(5.05 mAh / cm 2)与现有的不可拉伸威尼斯一样高。

新推出的可拉伸凝胶电解质和可拉伸包装材料可阻挡空气和湿气并防止电解质泄漏。所得的可拉伸威尼斯显示出5.05mAh / cm 2的高面积容量,在重复(最多500次)拉伸-释放循环下高达50%应变的优异电化学性能,以及在空气条件下100次循环后的长期稳定性为95.7%。

KIST的Jeong Gon Son博士说:“ 通过这项研究开发的可伸缩锂离子威尼斯,有望在可伸缩能量存储系统方面呈现出新的范例,以进一步开发可穿戴和可植入人体的电子设备。”

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