美國研發紙基锂電池 折疊後單位能量密度增14倍

關注美國投資移民關注美國科技發展：美國科學家最近研究發現，通過將紙基锂離子電池進行Miura-ori式折疊，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，介紹了他們在折疊紙基锂離子電池領域的這一最新研究成果。

“折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，其他研究小組在可折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、完全可折疊的移動設備中，一個可折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 )油墨制成的锂離子電池作爲集電器，用傳統的锂粉作爲電極，用薄而多孔的KimwipesTM作爲紙基板。研究人員還爲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。最終制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折疊和更複雜的Miura-ori折疊法。研究人員發現，使用簡單的對半式折疊法時，相比平面電池，折疊一次、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折疊法更有效：將一塊6厘米×7厘米的電池折疊成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平方厘米。

“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，因爲電池被折疊和展開時質量不變。”

總體而言，在簡單的折疊模式中，折疊後的電池的電化學性能與平面電池相似。折疊電池的庫侖效率高于那些展開的電池，這可能是由于電池在折疊後電極材料與碳納米管之間的接觸增加

相對于平面電池，以Miura-ori法折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。研究人員認爲，這些損失可能是由于垂直褶皺交叉點的分層，因爲這些電池中含有16個頂點。爲了防止電池，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折疊法增加锂離子電池單位面積能量密度和容量的潛力。在將來，隨著幾何折疊算法、計算工具和機器人操縱技術的進步，可能會出現更複雜的折疊模式，並使商業用途的大尺度電池的出現成爲可能。

因爲低廉的成本、簡單的制造方法和靈活性，紙基電池已經對人們具備相當的吸引力。如果通過折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産生。

“使用折疊法和折紙概念可以爲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。