作者:马衍伟等 来源:《先进材料》 发布时间:2020/11/4 9:32:27
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刚柔相济,兼容工艺
中科院电工所联合团队开发出“柔性固态锂离子电容器规模化制备”技术

 

中科院电工所研究员马衍伟、王凯团队在高性能柔性储能器件制备技术方面取得新进展,开发出一种高比能柔性固态锂离子电容器的规模化制备技术。此项研究工作由该研究团队联合国家纳米科学中心、大连清洁能源国家重点实验室、中科院化学所、武汉理工大学等机构共同完成,相关研究成果近日发表于材料学期刊《先进材料》。

随着可穿戴智能设备在运动、医疗健康等领域的广泛应用,发展与之相适应的柔性可弯曲电化学储能器件成为一项重要需求。但柔性储能器件一般采用化学/物理沉积、组装、微钠加工等特殊工艺制备,限制了材料的选择和使用,导致柔性器件的比能量和力学柔性两者难以兼得。此外,这些特殊工艺无法与当前商业化电池/超级电容器的生产过程相兼容,难以实现规模化制备。

为了克服上述问题,研究团队采取了从材料到器件的协同创新设计。

为了提高材料的电荷存储性能,研究团队采用自蔓延高温合成方法,快速(秒级)、低能耗、宏量制备出氮杂多级次碳。高氮含量(12%)和一维、二维复合的多级次结构,使得这种碳材料作为锂电负极时,展现出优异可逆比容量。经过进一步活化,氮杂多级次碳转变为富含介孔的氮杂碳正极,其导电率、对锂的比电容等指标都有显著提升。基于合成的正、负极材料和聚合物凝胶电解质,制备出铝塑封装(Pouch-cell)的锂离子电容器,基于电极材料的能量密度也更高,且具备优异循环稳定性。

研究团队还开发出一种对辊压印技术,使得刚性铝塑锂离子电容器形成波浪状结构,提供了器件弯折/伸缩的空间,有效降低了器件弯折应力。原位电化学测试表明,经过数千次弯折,波浪状锂离子电容器的容量几乎无衰减,展现出良好的柔性可弯曲性能,实现了铝塑电池/超级电容器的柔性化,并且与常规制备工艺兼容,提供了一种规模化制备柔性储能器件的方法。(来源:中国科学报 郑金武 胡丽丽)

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202005531

 
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