紙基鋰離子電池摺疊後單位能量密度增加14倍
新浪科技訊 香港時間10月14日消息 據世界科技新聞資訊網站Phys.org報導，美國科學家最近研究發現，通過將紙基鋰離子電池進行Miura-ori式摺疊，它們的單位面積能量密度和容量將增加14倍之多。
在最近一期《納米通訊》(Nano Letters)上，美國亞利桑那州立大學科學家錢程(Qian Cheng)及其他研究人員共同發表了一篇論文，介紹了他們在摺疊紙基鋰離子電池領域的這一最新研究成果。
“摺疊式電池對供電板空間有限的設備可能很有幫助。”美國亞利桑那州立大學材料科學與工程學院的助理教授、論文共同作者坎迪斯‧陳(Candace Chan)表示。此外，其他研究小組在可摺疊紙基電子器件方面的最新研究成果表明，要將動力源和其他組件集成到一個單一、完全可摺疊的流動設備中，一個可摺疊的電池組是很重要的。
在目前的研究中，科學家使用碳納米管(CNT )油墨製成的鋰離子電池作為集電器，用傳統的鋰粉作為電極，用薄而多孔的KimwipesTM作為紙基板。研究人員還為它添加了聚偏二氟乙烯( PVDF )塗層，以改善紙基板中CNT油墨的粘附性。最終製作出來的電池具有良好的導電性和相對穩定的能量。
研究人員嘗試使用了簡單的對半式摺疊和更複雜的Miura-ori 摺疊法。研究人員發現，使用簡單的對半式摺疊法時，相比平面電池，摺疊一次、兩次和三次可以使單位面積的能量密度和容量增加1.9 、4.7 和10.6倍。而Miura-ori 摺疊法更有效：將一塊6釐米×7釐米的電池摺疊成25層，能使單位面積能量密度和容量增加14倍，並使它的總面積下降至1.68平方釐米。
“我們用單位面積能量密度表示能量密度的增加情況，”陳解釋道， “這與單位重量能量密度不同，因為電池被摺疊和展開時質量不變。”
總體而言，在簡單的摺疊模式中，摺疊後的電池的電化學性能與平面電池相似。摺疊電池的庫崙效率高於那些展開的電池，這可能是由於電池在摺疊後電極材料與碳納米管之間的接觸增加
相對於平面電池，以Miura-ori 法摺疊的電池的某些性能稍有降低，包括放電容量與電容率的降低。研究人員認為，這些損失可能是由於垂直褶皺交叉點的分層，因為這些電池中含有16個頂點。為了防止電池，研究人員在層與層之間使用了一種柔韌的絕緣薄膜：聚對二甲苯- C。
這項研究成果使人們首次看到了使用摺疊法增加鋰離子電池單位面積能量密度和容量的潛力。在將來，隨著幾何摺疊算法、計算工具和機器人操縱技術的進步，可能會出現更複雜的摺疊模式，並使商業用途的大尺度電池的出現成為可能。
因為低廉的成本、簡單的製造方法和靈活性，紙基電池已經對人們具備相當的吸引力。如果通過摺疊的方式能夠進一步提供紙基電池的性能，這可能會導致各種應用的高性能電池的產生。
“使用摺疊法和摺紙概念可以為紙基儲能裝置創造新的幾何形狀、幾何設計和新功能，這一領域具有無限的潛力。”陳說。(思北)
.新型鋰離子電池摺疊後 單位能量密度增加14倍
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