最新Mater. Today: 功能齐全，长达140米的热拉伸锂离子纤维电池！

2023年10月15日下午9:59 • 顶刊解读

移动计算、通信和机器人技术的不断发展提出了对非平面定制电子设备中合适的便携式电源解决方案的需求，纤维作为织物和3D打印物体的基本单元，为开发无处不在的多维电力系统提供了独特的机会。

在此，韩国庆熙大学Jung Tae Lee等人首次通过预成型到光纤的热拉伸生产了 140米长的锂离子纤维电池，以新形式为多个电子设备供电。该热拉伸纤维电池由正极的磷酸铁锂（LFP）凝胶、负极的钛酸锂（LTO）凝胶、电解质凝胶、环烯烃共聚物（COC）包层和嵌入载碳聚乙烯（CPE）的金属线组成。LFP、LTO和电解质凝胶中的PVDF和EC:PC溶剂混合物在高温下（在炉内）均质化，然后在室温下（在炉外）相分离形成互连的孔结构，正极、负极和电解质之间的间隙最小。

这些材料在室温下表现为橡胶状固体，但能够在拉伸过程的高温下流动，同时在冷却后仍保持电化学功能。这种自上而下的方法允许生产功能齐全且任意长度的锂离子纤维电池，此外，光纤电池可以与电子元器件集成形成1D、2D、3D的电子器件。

图1. 包括多种凝胶的热纤维电池拉伸及其应用

研究表明，该纤维电池的能量和功率与纤维长度成正比增加而没有长度限制，140米长的纤维电池表现出~123 mAh的放电容量和~ 217 mWh的放电能量。这项研究还说明了这些纤维电池用于多维柔性电子产品的普遍电源解决方案，热拉伸方法允许将LED和电池集成到单根光纤中。这些纤维的可扩展性和材料可调性使其可用于各种非平面电子系统，包括一维柔性电子纤维、二维大型机织电子织物（~1.6 m²）和3D打印结构电子系统。

纤维电池满足便携式电子系统的要求，因为它可机洗、灵活、可在水下使用且防火/破裂。通过不同的可充电光纤电池方案展示了其作为潜艇无人机、LiFi织物和飞行无人机通信的动力，这为无处不在的电池供电电子产品的出现铺平了道路。

图2. 纤维电池的形貌和电化学表征

Thermally drawn rechargeable battery fiber enables pervasive power, Materials Today 2021. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.11.020

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