充電機(jī)充電可彎曲電池解析
2017-8-19 8:40:43??????點擊：
近日，復(fù)旦大學(xué)王永剛團(tuán)隊和彭慧勝團(tuán)隊研發(fā)出可彎曲的新型充電機(jī)充電電池，其設(shè)計重點放在了可穿戴電子設(shè)備的機(jī)械應(yīng)力要求和植入設(shè)備的安全要求上。相關(guān)研究刊登于細(xì)胞出版集團(tuán)旗下《化學(xué)》期刊。
“目前的充電機(jī)充電電池，比如用于醫(yī)療植入的充電機(jī)充電鋰離子電池，通常都是剛性的?！蓖跤绖傉f，“此外，大部分柔性充電機(jī)充電電池使用了易燃或腐蝕性電解質(zhì)，既有安全風(fēng)險，而且與可穿戴設(shè)備的生物兼容性差，更不必說植入充電機(jī)充電電池了?！?/span>
研究人員設(shè)計了兩種柔性充電機(jī)充電電池：一種2D帶狀充電機(jī)充電電池和1D纖維狀充電機(jī)充電電池。前者能將輕薄的電極薄膜黏附在一個鋼絞線網(wǎng)中，而后者能在一個碳納米管骨架周圍嵌入電極材料的納米粒子。除了測試了生物兼容性液體外，研究人員還測試了硫酸鈉作為液體電解質(zhì)用于可穿戴設(shè)備充電機(jī)充電電池的適用性。
結(jié)果顯示，在使用硫酸鈉溶液作為電解質(zhì)時，兩種新型充電機(jī)充電電池的容量和輸出功率等比目前報告的大多數(shù)用于可穿戴設(shè)備的充電機(jī)充電鋰離子電池更好。
此外，1D充電機(jī)充電電池使用的碳納米管能加速將溶解氧轉(zhuǎn)化成氫氧離子，這一過程如果不受控制會危害充電機(jī)充電電池的有效性，但卻具有治療癌癥和細(xì)菌感染的潛力。
“我們或能將這些纖維狀的電極植入人體以消耗基礎(chǔ)氧氣，特別是對那些注射藥物難以到達(dá)的位置。我們希望能與生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家進(jìn)一步研究該假設(shè)?！蓖跤绖傉f。
該充電機(jī)充電電池呈卡片狀,輕薄且可彎曲,厚度僅有0.55毫米,面積為40×65平方毫米。據(jù)悉,該充電機(jī)充電電池可實現(xiàn)最大半徑25毫米的彎曲和扭轉(zhuǎn),可扭轉(zhuǎn)或彎曲高達(dá)上千次,且不會產(chǎn)生泄漏和破損,其電量也不受影響。該充電機(jī)充電電池還具有壽命長、充放電性能優(yōu)異等特點。唯一不足的是,該充電機(jī)充電電池的電量僅為60毫安,無法用于高電耗的電子產(chǎn)品。
充電機(jī)充電超級電容器的困境
在研究之初，科研團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了充電機(jī)充電鋰離子電池的最大的缺點就是蓄電性能不夠強(qiáng)，所以研究制備一個充電機(jī)充電超級電容器，來提高普通充電機(jī)充電電池的蓄電能力甚至是代替普通充電機(jī)充電鋰離子電池是一件非常有必要的事情。
目前一些主要的研究方法就是利用一種新型的納米材料，通過這種材料來提高、增強(qiáng)電子設(shè)備里的普通充電機(jī)充電電池的充電機(jī)充電電池性能。其中，一些研究團(tuán)隊做了很多類似的研究，他們嘗試著使用石墨烯以及其他種類的二維材料來制備充電機(jī)充電超級電容器，但是成功的案例卻少之又少。
究其原因，制備充電機(jī)充電超級電容器最大的困難就是如何將這些二維材料與現(xiàn)有的普通充電機(jī)充電電池材料進(jìn)行融合，這對于科學(xué)家們來說是最頭疼的事情，所以，大家的研究都遇到了瓶頸，很難繼續(xù)進(jìn)行。
新型充電機(jī)充電超級電容器的原理
科學(xué)家們已經(jīng)證明，二維材料的使用，能夠極大程度的提高儲能元器件的性能，并且非常有希望能夠應(yīng)用到充電機(jī)充電電池體系中去。所以UCF團(tuán)隊的科學(xué)家們已經(jīng)嘗試運用最新發(fā)現(xiàn)的二維材料，來制備充電機(jī)充電超級電容器，運用這種材料制備的超級充電機(jī)充電電池的厚度只有幾個原子的大小。
被納米科學(xué)技術(shù)中心和材料科學(xué)與工程中心聯(lián)合任命的助理教授Yeonwoong （Eric）Jung教授，作為主要的研究人員表示：“我們研究團(tuán)隊目前開發(fā)了一種簡單的化學(xué)合成方法，利用這種方法能夠很好的將現(xiàn)有的材料和二維材料進(jìn)行融合。”
Jung團(tuán)隊開發(fā)的這種充電機(jī)充電超級電容器，主要是由數(shù)以百萬計的納米線組成，并且在充電機(jī)充電超級電容器的表面噴涂負(fù)載上了一層二維材料，制備出一種核殼型的充電機(jī)充電超級電容器。這種充電機(jī)充電超級電容器具有超高導(dǎo)電性能的芯，從而使得充電機(jī)充電電池體系能夠快速的進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移，從而能實現(xiàn)快速充放電的效果。具有二維材料殼的充電機(jī)充電超級電容器，能夠非常顯著的提高充電機(jī)充電電池體系的能量，增加其功率密度。
Jung說：“在我們實驗室開辟出這種新的制備方法之前，始終沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)二維材料的潛力，而我們實驗室，首次將二維材料與普通充電機(jī)充電電池材料進(jìn)行了融合?！?/span>
喬社里說：“對于小型電子設(shè)備而言，我們的制備出的材料在能量密度、功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性等方面的性能，在全世界范圍都處于領(lǐng)先地位，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于那些傳統(tǒng)的充電機(jī)充電電池材料?！?/span>
循環(huán)穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)可以反應(yīng)出充電機(jī)充電電池到底在充電機(jī)充電多少次之后，充電機(jī)充電電池性能開始下降。我們可以舉例來說明情況，普通的充電機(jī)充電鋰離子電池基本上只能保證充電機(jī)充電1500次之內(nèi)充電機(jī)充電電池性能不會有所下降。而目前研發(fā)的具有二維材料的充電機(jī)充電超級電容器?？梢猿潆姍C(jī)充電幾千次，而不會出現(xiàn)充電機(jī)充電電池性能下降的情況。UCF團(tuán)隊目前正在測試的這種新型的充電機(jī)充電超級電容器，該充電機(jī)充電電容器在測試過程中，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能，已經(jīng)充電機(jī)充電30000次了，卻并沒有出現(xiàn)充電機(jī)充電電池能量下降的現(xiàn)象。
目前Jung正在與UCF團(tuán)隊，正在針對這項最新的技術(shù)申請發(fā)明專利。
總而言之，充電機(jī)充電超級電容器，使用了新的二維材料，可用于手機(jī)和其它電子設(shè)備，甚至是電動汽車，而這種充電機(jī)充電電池體系的高速度和高爆發(fā)力會帶來不可估量的商業(yè)價值。與此同時，新型充電機(jī)充電超級電容器的可彎曲性，更加增加了其應(yīng)用的范圍，因為具備可彎曲特性的充電機(jī)充電電池體系非常適合可穿戴設(shè)備的應(yīng)用。
Jung表示：“雖然目前這個充電機(jī)充電超級電容器還沒有做好完全市場化的準(zhǔn)備，但是這項技術(shù)的出現(xiàn)，證明了充電機(jī)充電超級電容器無限的可能性，而且，我們的研究將會對未來其他的研究，產(chǎn)生非常巨大的影響?！?/span>
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