一百四十米柔性鋰離子纖維電池創(chuàng)記錄

隨著智能穿戴設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，人們對電池的柔韌性、可拉伸、便攜性等方面提出了更高的要求。

在日常生活中，充電鋰離子電池我們都不陌生，但是否把充電鋰離子電池做成超長纖維，甚至可做成衣服呢？

近日，麻省理工學(xué)院團隊就實現(xiàn)了上述成果，他們成功地開發(fā)出世界上最長的柔性纖維電池，厚度幾百微米，長140米，并且放電容量達123毫安、放電能量約217毫瓦時。

相關(guān)論文以《熱拉伸可充電電池纖維可實現(xiàn)無處不在的電力》為題發(fā)表。

這種纖維電池具有電池和纖維特征的“雙重屬性”，不僅具備可充電鋰電池的充放電功能，還可以編成織物，為從1D～3D電源的大量非平面電子器件提供動力，給可穿戴電子設(shè)備提供了更多選擇。

該論文的通訊作者、慶熙大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授鄭泰利在接受媒體采訪時表示：“我們的方法優(yōu)點是，可以在一根單獨的纖維中嵌入多個設(shè)備。這跟其他需要整合多個光纖設(shè)備的方法不同。當我們整合這些含有多設(shè)備的纖維時，集合體將推進緊湊型織物計算機的實現(xiàn)。”

該研究首次使用熱拉伸的方法，實現(xiàn)了在保護性柔性包殼內(nèi)同時容納多種復(fù)雜的電活性凝膠、顆粒和聚合物。熱拉伸工藝的另一個優(yōu)點是，可以在不改變預(yù)制模的情況下，通過改變絞盤速度來控制纖維的橫向尺寸。

由新型電池凝膠以及標準纖維拉伸系統(tǒng)制造，該系統(tǒng)始于一個圓柱體，該圓柱體中包含所有組件，然后將其加熱至略低于其熔點。研究人員將該材料從狹窄的開口拿出來，他們發(fā)現(xiàn)所有零件是原始直徑的幾分之一，與此同時它還不打亂零件原有排列。

此前該領(lǐng)域的相關(guān)研究多為可編織、可清洗的LED、光電傳感器、通信和數(shù)字系統(tǒng)。它們適合在柔性可穿戴產(chǎn)品使用，但缺點是其依賴外部電源，無法自供電。

那么， 纖維電池是否能像普通衣服一樣穿著舒適，又具有電池的充放電功能，滿足自供電通信、傳感和計算設(shè)備？

該論文第一作者、麻省理工學(xué)院電子研究實驗室博士后助理研究員圖拉爾·胡迪耶夫說道：“當我們將活性材料嵌入纖維內(nèi)部時，這意味著敏感的電池部件已經(jīng)有了良好的密封性。并且由于所有的活性材料都整合得非常好，所以不會改變它們的位置?！?/p>

麻省理工學(xué)院團隊研發(fā)的新型纖維電池不僅可自供電，還滿足了便攜式電子系統(tǒng)的要求，具備可機洗、靈活、可在水下使用且防火/破裂安全等優(yōu)點。

不僅如此，這種纖維電池還實現(xiàn)了3D打印“一步到位”。除了電池的纖維外觀，纖維內(nèi)部還具備了各種金屬、活性材料等?！斑@是纖維電池設(shè)備的首次3D打印?！眻D拉爾·胡迪耶夫說道。

該團隊通過不同的可充電纖維電池方案展示了為潛艇無人機、Li-Fi織物和飛行無人機通信提供電力，這為電池自供電電子產(chǎn)品的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

德國明斯特大學(xué)物理化學(xué)教授馬丁·溫特認為該研究非常有創(chuàng)意，他表示：“新電池單元的形狀靈活性可滿足以前無法實現(xiàn)的設(shè)計和應(yīng)用，現(xiàn)在大多數(shù)關(guān)于電池的研究著眼于電網(wǎng)存儲和電動汽車，這是與主流的一個很好的偏離。”

該纖維電池的長度并未到達極限，該團隊表示，未來有望進一步提升至1000米以上。下一步，該團隊將致力于研究如何將電池效率和功率容量進一步提升。此外，該技術(shù)已申請相關(guān)專利，他們希望該技術(shù)能在幾年內(nèi)進行產(chǎn)業(yè)化落地。