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科學家提出纖維電池規模化生產路線

2022-01-28 08:40:47 中國科學報   作者: 張雙虎 黃辛  

近日,復旦大學教授彭慧勝、王兵杰團隊將纖維聚合物儲能電池制備和經典濕法紡絲融合,在國際上率先提出纖維電池的規模化生產路線,實現了一系列千米級纖維電池的快速連續構建。相關成果已在線發表于《自然—納米技術》。

人們此前借鑒平面電池的涂覆方法制備纖維電池,其工藝復雜且效率偏低,難以滿足大規模生產應用的需要。2013年,彭慧勝團隊提出并實現了柔性纖維電池,此后一直致力于開發高安全性的纖維聚合物儲能電池。研究團隊創新性提出一體化連續構建纖維電池的設想,將聚合物儲能電池中的各功能組分制備成紡絲漿料,然后將多種活性物質漿料共同擠出成型,實現纖維聚合物儲能電池的連續制備。

“濕法紡絲路線的難點在于,在極其精細、柔軟的纖維結構中,如何保持電池各功能組分間的界面穩定性并實現電化學活性。”彭慧勝告訴《中國科學報》。

為此,研究團隊對電池活性材料配制及漿料流體性質進行了大量篩選實驗,并基于預實驗數據庫,對核心部件噴絲板內部腔道進行了重新設計。結果表明,即使在高生產速率下連續制備,所得到的纖維電池內部各功能組分也具有良好的界面穩定性,從而表現出良好的電化學性能。

在此基礎上,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結構與性能的關聯規律。最終,團隊不僅實現了一系列千米級纖維電池的規模化生產,還為其他功能性纖維器件的規模化制備提供了理論和實驗支持。

“相較于通過傳統涂覆方法制備的纖維儲能電池,通過聚合物濕法‘紡絲’大規模、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纖維。”彭慧勝表示,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模化應用提供了可能。(張雙虎 黃辛)

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41565-021-01062-4




責任編輯: 李穎

標簽:纖維電池,規模化生產路線