來(lái)源:中國科學(xué)報
能像毛線(xiàn)一樣編織,能像紙板一樣對折,也能像皮膚一樣緊緊貼在身上。這樣輕便柔韌的材料居然是電池。容量達到600毫安時(shí)每克以上,循環(huán)壽命超過(guò)1000次,500次以上對半折也不影響其性能……近日,南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授金鐘團隊在高容量柔性能源器件方面取得的新進(jìn)展引起了不少人的關(guān)注。
從事材料化學(xué)領(lǐng)域研究10多年來(lái),金鐘利用碳納米管、石墨烯和無(wú)機納米纖維等材料的高柔韌性和導電性,用來(lái)充當儲能電極材料的柔性“骨架”。在這些材料的基礎上,經(jīng)過(guò)巧妙的結構設計,堅固厚重的電池在金鐘課題組的手里逐漸改變了傳統的模樣。
一般而言,能源器件分兩種,一種負責能源存儲,一種負責能量轉換。前者將電能存儲為化學(xué)能,在需要使用的時(shí)候釋放,所對應的是鋰離子等儲能電池,被稱(chēng)為化學(xué)電源器件;后者往往可以將光能等其它形式的能量轉換成電能,例如太陽(yáng)能電池,其所對應的能源器件被稱(chēng)為物理電源器件。
論哪種能源器件,如果做成柔性、便攜和集成化的,都可能開(kāi)拓新的應用領(lǐng)域。”在金鐘“手”里,電池就好像沒(méi)了脾氣般能變成想要的形狀。光電轉換效率達到9.5%,可以彎折、纏繞、打結,能夠實(shí)現僅需7秒鐘的快速充電……除了儲能電池,金鐘課題組在柔性太陽(yáng)能電池方面也取得了新的成果。
該團隊以碳納米纖維材料為基礎,通過(guò)修飾TiO2和MoS2二維材料制備出了多功能的同軸納米復合纖維電極材料。利用這種纖維電極組裝了可彎折、可編織的柔性線(xiàn)狀太陽(yáng)能電池和光充電能量纖維,獲得了優(yōu)異的性能,并且能夠在光照下快速自發(fā)充電。
與傳統平面狀能源器件相比,纖維狀能源器件質(zhì)量更輕、柔性更好、集成度更高,同時(shí)有可能在未來(lái)像高分子纖維一樣通過(guò)紡織技術(shù)進(jìn)行大規模的生產(chǎn)和應用,從而滿(mǎn)足各種便攜式和可穿戴柔性電子設備的需求。
想象一下未來(lái)穿上可以提供電能、發(fā)光發(fā)熱的衣服吧,你的冬天不再冷冰冰。警示服、腕表、射頻卡片……柔性電池可以做到讓能源隨身攜帶。除了民用,柔性電池也能滿(mǎn)足未來(lái)信息化作戰的能源供應需要。
“在現代化的單兵特種作戰裝備中,士兵的負荷中有三分之一的重量來(lái)自電池,然而現有的電池系統只能續航72小時(shí)。”金鐘說(shuō),“開(kāi)發(fā)質(zhì)量體積小、續航時(shí)間長(cháng)、輸出功率大、安全性高、更適合穿戴的新電池系統,在信息化作戰、無(wú)人機、水下航行器等國防應用方面具有特別重要的意義。” |
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