能像毛线一样编织, 能像纸板一样对折, 也能像皮肤一样紧紧贴在身上. 这样轻便柔韧的材料居然是电池. 容量达到600毫安时每克以上, 循环寿命超过1000次, 500次以上对半折也不影响其性能……近日, 南京大学化学化工学院金钟教授团队在高容量柔性能源器件方面取得的新进展引起了不少人的关注.
一直以来, 笨重坚硬如砖块的电池限制了许多设备的造型和应用, 这种传统的能源器件结构已经难以满足便携和可穿戴设备的发展需求. '能否设计一些新的电极材料, 同时满足柔韧, 导电和高性能这三个特征呢? ' 这一问题引起了金钟的思考. 从事材料化学领域研究10多年来, 金钟利用碳纳米管, 石墨烯和无机纳米纤维等材料的高柔韧性和导电性, 用来充当储能电极材料的优秀柔性 '骨架' . 在这些材料的基础上, 经过巧妙的结构设计, 坚固厚重的电池在金钟课题组的手里逐渐改变了传统的模样.
一般而言, 能源器件分两种, 一种负责能源存储, 一种负责能量转换. 前者将电能存储为化学能, 在需要使用的时候释放, 所对应的是锂离子等储能电池, 被称为化学电源器件; 后者往往可以将光能等其它形式的能量转换成电能, 例如太阳能电池, 其所对应的能源器件被称为物理电源器件. '无论哪种能源器件, 如果做成柔性, 便携和集成化的, 都可能开拓新的应用领域. ' 在金钟 '手' 里, 电池就好像没了脾气般能变成想要的形状.
光电转换效率达到9.5%, 可以弯折, 缠绕, 打结, 能够实现仅需7秒钟的快速充电……除了储能电池, 金钟课题组在柔性太阳能电池方面也取得了新的成果. 该团队以碳纳米纤维材料为基础, 通过修饰TiO2和MoS2二维材料制备出了多功能的同轴纳米复合纤维电极材料. 利用这种纤维电极组装了可弯折, 可编织的柔性线状太阳能电池和光充电能量纤维, 获得了优异的性能, 并且能够在光照下快速自发充电. 与传统平面状能源器件相比, 纤维状能源器件质量更轻, 柔性更好, 集成度更高, 同时有可能在未来可以像高分子纤维一样通过纺织技术进行大规模的生产和应用, 从而满足各种便携式和可穿戴柔性电子设备的需求.
想象一下未来穿上可以提供电能, 发光发热的衣服吧, 你的冬天不再冷冰冰. 警示服, 腕表, 射频卡片……柔性电池可以做到让能源随身携带. 除了民用, 柔性电池也能满足未来信息化作战的能源供应需要. '在现代化的单兵特种作战装备中, 士兵的负荷中有三分之一的重量来自电池, 然而现有的电池系统只能续航72小时. ' 金钟说, '开发质量体积小, 续航时间长, 输出功率大, 安全性高, 更适合穿戴的新电池系统, 在满足信息化作战, 无人机, 水下航行器等国防应用方面具有特别重要的意义. '
