中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
隨著(zhù)可穿戴智能設備在運動(dòng)和醫療健康等領(lǐng)域的應用，發(fā)展與之相適應的柔性可彎曲電化學(xué)儲能器件成為重要需求。然而，柔性?xún)δ芷骷话悴捎没瘜W(xué)/物理沉積、組裝、微鈉加工等特殊工藝制備，材料的選擇和使用受限制，導致難以兼得柔性器件的比能量和力學(xué)柔性。此外，這些特殊工藝還無(wú)法與當前商業(yè)化電池/超級電容器的生產(chǎn)過(guò)程相兼容，較難實(shí)現規?；苽?。
近日，中國科學(xué)院電工研究所研究員馬衍偉研究團隊在高性能柔性?xún)δ芷骷苽浼夹g(shù)研究中取得進(jìn)展，通過(guò)從材料到器件的協(xié)同創(chuàng )新設計，開(kāi)發(fā)出高比能柔性固態(tài)鋰離子電容器的規?；苽浼夹g(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。
該研究采用自蔓延高溫合成方法，快速（秒級）、低能耗、宏量的制備出氮摻雜多級次碳。高氮含量（12%）和一維&二維復合的多級次結構，使該碳材料作為鋰電負極時(shí)展現出800 mAh/g的可逆比容量。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步活化，氮雜多級次碳可轉變?yōu)楦缓榭椎牡s碳正極。其高比表面積達到2356 m2/g，導電率達15000 s/m，對鋰的比電容為115 mAh/g?；诤铣傻恼?、負極材料和聚合物凝膠電解質(zhì)，制備出具有鋁塑殼封裝（Pouch-cell）的鋰離子電容器?；谡?、負電極材料的能量密度達到170 Wh/kg，且具有較好的循環(huán)穩定性。
鋁塑封裝的鋰離子電容器是剛性器件，無(wú)法彎折。為了實(shí)現柔性，研究人員開(kāi)發(fā)出對輥壓印技術(shù)，使鋁塑封裝鋰電容形成波浪狀結構。有限元仿真表明，波浪結構提供器件彎折/伸縮的空間，可有效降低器件彎折時(shí)的應力。原位電化學(xué)測試表明，經(jīng)過(guò)數千次彎折，波浪狀鋰離子電容器的容量幾乎沒(méi)有衰減，展現出較好的柔性可彎曲性能。該技術(shù)實(shí)現鋁塑電池/超級電容器的柔性化，與常規制備工藝兼容，并提供規?；苽淙嵝?xún)δ芷骷姆椒ā?/span>
該研究與中科院國家納米科學(xué)中心研究員魏志祥研究團隊合作完成。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源創(chuàng )新研究院合作基金、中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )的支持。
