聚合物濕法“紡絲”制備纖維電池生產(chǎn)線 受訪者供圖
如何快速和規(guī)?;苽淅w維聚合物儲能電池,是智能纖維領(lǐng)域長久面臨的一個瓶頸難題。近日,復(fù)旦大學(xué)教授彭慧勝、王兵杰團隊成功將纖維聚合物儲能電池的制備和經(jīng)典濕法紡絲融合,在國際上率先提出纖維電池的規(guī)?;a(chǎn)路線,實現(xiàn)了一系列千米級纖維電池的快速連續(xù)構(gòu)建。相關(guān)成果已在線發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。
在過去的研究中,人們借鑒平面電池的涂覆方法制備纖維電池,其工藝復(fù)雜且效率偏低,難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的需要。2013年,彭慧勝團隊提出并實現(xiàn)了柔性纖維電池,此后一直致力于開發(fā)高安全性的纖維聚合物儲能電池,相關(guān)工作引起國際學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。在多年探索中,研究團隊創(chuàng)新性地提出一體化連續(xù)構(gòu)建纖維電池的新設(shè)想,將聚合物儲能電池中的各功能組分制備為紡絲漿料,然后通過將多種活性物質(zhì)漿料共同擠出成型,實現(xiàn)纖維聚合物儲能電池的連續(xù)制備。
“濕法紡絲路線的難點在于,在極其精細、柔軟的纖維結(jié)構(gòu)中,如何保持電池各功能組分間的界面穩(wěn)定性并實現(xiàn)電化學(xué)活性。”彭慧勝告訴《中國科學(xué)報》。
為此,研究團隊對電池活性材料配制及漿料流體性質(zhì)進行了大量的篩選實驗,并基于預(yù)實驗數(shù)據(jù)庫,對核心部件噴絲板內(nèi)部腔道進行了重新設(shè)計。結(jié)果表明,即使在高生產(chǎn)速率下連續(xù)制備,所得到的纖維電池內(nèi)部各功能組分也具有良好的界面穩(wěn)定性,從而表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。
在此基礎(chǔ)上,研究人員揭示了纖維電池一體化成型過程中,聚合物基體與其他功能組分間的相互作用機制,建立了不同功能組分分結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律。最終,團隊不僅實現(xiàn)了一系列千米級纖維電池的規(guī)?;a(chǎn),還為其他功能性纖維器件的規(guī)?;苽涮峁┝死碚摵蛯嶒炛С?。
“相較于通過傳統(tǒng)涂覆方法制備的纖維儲能電池,通過聚合物濕法‘紡絲’大規(guī)模、一步法制備的纖維電池更細、更柔,也更接近日常用于紡織的高分子化學(xué)纖維。”彭慧勝說,“將通過該方法制備的纖維聚合物儲能電池進行梭織,可以得到輕薄、透氣、大面積的“電池織物”,為纖維聚合物儲能電池的規(guī)?;瘧?yīng)用提供了可能。”
責(zé)任編輯: 李穎