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探讨美开发电容提升14倍的折叠锂离子电池

钜大LARGE  |  点击量:633次  |  2023年02月28日  

据外媒报道,美国亚利桑那大学科学家开发出一种纸基锂离子电池,能做多次对折或折成Miura-ori型(类似地图折法),由于折叠后变得更小,表面能量密度和电容可增加14倍。这种折叠纸基电池柔韧灵活,成本低,可辊轴制造,有望进一步开发为多用途的高性能电池。相关论文发表在最近出版的《纳米快报》上。


传统锂离子电池是用锂基粉末作电极,而这种折叠锂离子电池是用碳纳米管(CNT)墨水作电极,用纤薄透气的Kimwipes纸巾(一种实验室用薄纸巾)作基底,并涂上一层PVDF(聚偏二氟乙烯)涂层增强CNT墨水和纸基间的粘附力。最后,电池显示出优良的导电性和相对稳定的电容。


研究人员对电池进行了折叠实验,先简单对折,然后用更复杂的Miura-ori折叠型。简单对折一次、两次和三次后,其表面能量密度和电容分别比未折叠的平面电池提高1.9、4.7和10.6倍;Miura-ori折叠型效率更高:把一张6厘米×7厘米的纸电池折成25层后,整体面积只有1.68平方厘米,而表面能量密度和电容均增加到14倍。


“我们用‘面’密度来表示每英寸打印面积上能量密度的增加,”论文合著者、该校材料科学与工程副教授坎迪斯?詹解释说,“这与重量的能量密度不同。因为电池在折叠和展开时质量不会变,所以‘面’密度能更清楚地表明我们指的是哪种密度。”


随着几何折叠算法、计算机工具和机器人操作的发展,更复杂的折叠型将会开发出来大规模制造,并用于商业用途。詹说,将折纸概念与纸基能源存储设备结合,会带来形状、几何设计以及功能上的更新,这方面有着无穷的可能性。未来将开发出电源及其他组件集成为一体的可折叠设备。

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