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高效柔性儲能器件規模化制備技術問世

       本報訊(記者鄭金武)中科院電工研究所研究員王凱團隊在高性能柔性儲能器件制備技術方面取得新進展,開發出一種高比能柔性固態鋰離子電容器的規模化制備技術。此項研究工作由該研究團隊聯合國家納米科學中心、大連清潔能源國家重點實驗室、中科院化學研究所、武漢理工大學等機構共同完成。相關研究成果近日發表于《先進材料》。

       隨著可穿戴智能設備在運動、醫療健康等領域的廣泛應用,發展與之相適應的柔性可彎曲電化學儲能器件成為一項重要需求。但柔性儲能器件一般采用化學/物理沉積、組裝、微鈉加工等特殊工藝制備,限制了材料的選擇和使用,導致柔性器件的比能量和力學柔性兩者難以兼得。此外,這些特殊工藝無法與當前商業化電池/超級電容器的生產過程兼容,難以實現規模化制備。

       為了提高材料的電荷存儲性能,研究團隊采用自蔓延高溫合成方法,快速(秒級)、低能耗、宏量制備出氮雜多級次碳。該多級次結構使得這種碳材料作為鋰電負極時展現出優異的可逆比容量。經過進一步活化,氮雜多級次碳轉變為富含介孔的氮雜碳正極,其導電率、對鋰的比電容等指標都有顯著提升。基于這些材料,研究者制備出的鋁塑封裝的鋰離子電容器,展現出優異的能量密度和長循環穩定性。

       研究團隊還開發出一種對輥壓印技術,使得剛性鋁塑鋰離子電容器形成波浪狀結構,提供了器件彎折/伸縮的空間,有效降低了器件彎折應力。經過數千次彎折,波浪狀鋰離子電容器的容量幾乎無衰減,實現了鋁塑電池/超級電容器的柔性化,并且與常規制備工藝兼容,提供了一種規模化制備柔性儲能器件的方法。

相關論文信息:

https://doi.org/10.1002/adma.202005531

《中國科學報》 (2020-11-05 第1版 要聞)

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