作者:李尚阳等 来源:《纳米通讯》 发布时间:2015/9/6 9:26:16
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新型电池能助可穿戴设备融入大众生活

 

作为一项创新技术,具有形状多变和移动运用特点的可穿戴/可弯曲电子产品给我们的日常生活带来前所未有的改变,但电池却成为这些时尚产品走向大众的绊脚石:固定的几种形状和尺寸大大限制了可穿戴/可弯曲电子产品的设计和功能需求。现在,韩国科学家开发出一种简单有效的新方法,为这一挑战提供了解决方案。

在杯子上打印出心形电池

韩国蔚山国家科学技术研究所教授李尚阳(音译)领导他的团队开发出一类可打印的固态电池,他们将其命名为PRISS电池,并将这一最新研究成果发表在近期《纳米通讯》杂志上。

在锂离子电池的传统制造方法中,电极和隔膜被堆叠或卷曲在一起,然后再包裹进金属外壳里,最后填充电解液。由于电解液通常易燃,没包裹好的话容易泄露,隔膜必须能够完全阻挡两个电极的接触,所以传统电池很难制造成想要的形状和大小。

PRISS电池在制作过程中却完全不需要再填充电解液,也不需要再用有许多微孔的隔膜。据物理学家组织网报道,新电池的电解质和电极分别用不同的果酱状物质替代,更接近固态。电解质和电极可相继打印在同一个表面上,打印完成后再用紫外线将这些稠状物质烤干即可。由于被打印在两个电极中间,电解质在这里也可“扮演”隔膜的角色,代替完成隔膜的功能。果酱状电解质和电极还可通过模版印刷,这样新的PRISS电池不管被设计成什么形状,哪怕是字母和单词,都可以被打印出来。

李尚阳展示了他们团队的几个打印电池,一个是在杯子上打印的心形电池,另一个在类似于谷歌眼镜的纸质眼镜上打印的电池,还有在纸上打印的“PRISS”字母状电池。这些可打印电池能与杯子、纸张等物体无缝整合在一起,给人的感觉就像根本没有电池一样。当他们将这些含有电池的表面连上电线后,这些电池能将LED灯点亮。

未来电子产品无需预留电池空间

李尚阳表示,新电池的所有组件,包括阴极、阳极和电解质,都能被打印到任何物体上,即使这个物体形状非常复杂。这意味着,PRISS电池可以无缝整合到任何形状复杂的物体上。新型可打印电池将在可穿戴电子设备和物联网领域展示巨大的应用前景,未来电子产品将不需要再为电池预留空间。

新型可打印电池的性能完全可以与现有的可弯曲电池媲美。研究表明,新电池具有持久的良好储电能力,充放电30次以后还有90%的储电能力;即使经过反复弯曲,也未检测到电池内有电阻变化。研究人员还将继续实验,进一步提高电池的其他性能,如增加电池能量密度和延长电池寿命。

将PRISS电池与喷墨打印和3D打印强强联手,设计出全新的电子产品,将是新电池的另一个潜在应用领域。“引入喷墨打印和3D打印后,那些多维或多界面、结构复杂的电池将变得唾手可得。”李尚阳表示,目前最紧迫的任务是,不断调整可打印电池的组件成分,让新电池既能满足不同打印技术的要求,又能在打印中不降低电池的电化学性能。他们最近在喷墨和3D打印电池方面取得了一些突破性进展,这些成果最终会让可充电电池开创前所未有的全新运用。

可弯曲产品将在三五年内流行

李尚阳的团队曾在去年开发出世界首款可弯曲锂离子电池。他当时表示,鉴于安全原因,电池还不能真正地弯曲:当电池反复弯曲或折叠后,电池内部会变热融化,最终燃烧起来引起爆炸。

如今,他们用不易燃烧的电解质做替代,开发出反复折叠也能正常工作而不会发热爆炸的真正可弯曲电池。研究团队表示,他们正在研发的可打印电池,可用在谷歌眼镜上,让这款时尚眼镜感觉更酷。现在,这些设想正在一步步实现,“三年或五年内量产”的梦想不再遥不可及。(来源:科技日报 聂翠蓉)

 
 
 
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