能像毛線一樣編織, 能像紙板一樣對摺, 也能像皮膚一樣緊緊貼在身上. 這樣輕便柔韌的材料居然是電池. 容量達到600毫安時每克以上, 迴圈壽命超過1000次, 500次以上對半折也不影響其性能……近日, 南京大學化學化工學院金鐘教授團隊在高容量柔性能源器件方面取得的新進展引起了不少人的關注.
一直以來, 笨重堅硬如磚塊的電池限制了許多設備的造型和應用, 這種傳統的能源器件結構已經難以滿足便攜和可穿戴設備的發展需求. '能否設計一些新的電極材料, 同時滿足柔韌, 導電和高性能這三個特徵呢? ' 這一問題引起了金鐘的思考. 從事材料化學領域研究10多年來, 金鐘利用碳納米管, 石墨烯和無機納米纖維等材料的高柔韌性和導電性, 用來充當儲能電極材料的優秀柔性 '骨架' . 在這些材料的基礎上, 經過巧妙的結構設計, 堅固厚重的電池在金鐘課題組的手裡逐漸改變了傳統的模樣.
一般而言, 能源器件分兩種, 一種負責能源存儲, 一種負責能量轉換. 前者將電能存儲為化學能, 在需要使用的時候釋放, 所對應的是鋰離子等儲能電池, 被稱為化學電源器件; 後者往往可以將光能等其它形式的能量轉換成電能, 例如太陽能電池, 其所對應的能源器件被稱為物理電源器件. '無論哪種能源器件, 如果做成柔性, 便攜和整合化的, 都可能開拓新的應用領域. ' 在金鐘 '手' 裡, 電池就好像沒了脾氣般能變成想要的形狀.
光電轉換效率達到9.5%, 可以彎折, 纏繞, 打結, 能夠實現僅需7秒鐘的快速充電……除了儲能電池, 金鐘課題組在柔性太陽能電池方面也取得了新的成果. 該團隊以碳納米纖維材料為基礎, 通過修飾TiO2和MoS2二維材料製備出了多功能的同軸納米複合纖維電極材料. 利用這種纖維電極組裝了可彎折, 可編織的柔性線狀太陽能電池和光充電能量纖維, 獲得了優異的性能, 並且能夠在光照下快速自發充電. 與傳統平面狀能源器件相比, 纖維狀能源器件質量更輕, 柔性更好, 整合度更高, 同時有可能在未來可以像高分子纖維一樣通過紡織技術進行大規模的生產和應用, 從而滿足各種攜帶型和可穿戴柔性電子設備的需求.
想象一下未來穿上可以提供電能, 發光發熱的衣服吧, 你的冬天不再冷冰冰. 警示服, 腕錶, 射頻卡片……柔性電池可以做到讓能源隨身攜帶. 除了民用, 柔性電池也能滿足未來資訊化作戰的能源供應需要. '在現代化的單兵特種作戰裝備中, 士兵的負荷中有三分之一的重量來自電池, 然而現有的電池系統只能續航72小時. ' 金鐘說, '開發質量體積小, 續航時間長, 輸出功率大, 安全性高, 更適合穿戴的新電池系統, 在滿足資訊化作戰, 無人機, 水下航行器等國防應用方面具有特別重要的意義. '
