中國科學院物理研究所
北京凝聚態物理國家研究中心
E01組供稿
第51期
2020年06月28日
可穿戴雙極型可充鋁電池研究進展

  可穿戴電子器件和柔性屏的蓬勃發展推動著對先進柔性儲能器件的不斷研究。爲了滿足柔性和便攜性的雙重要求,柔性電池需要在電極材料選取和電池結構設計上同時具備良好的柔性,高能量密度和較好的安全性能。目前大部分柔性電池的研究主要針對于柔性材料和組件的開發,在電池整體結構上仍舊沿襲傳統單極型設計,並且爲了維持電池整體的柔性,導電性和連接性,往往引入大量額外的非活性組件,致使電池能量密度大大降低。鑒于此,針對可穿戴電池的應用特點進行電池結構上的創新設計尤爲重要。

  近日,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心清洁能源实验室E01组林泽京博士生在索鎏敏副研究員的指导下,针对上述问题为柔性电池设计了一体化的双极型结构,并将其应用于可充铝电池中(图1),该设计充分结合了碳/聚乙烯膜的柔性和双极型结构的低内阻、高能量密度的优势,具有较好的耐腐蚀性和易操作性(图2),展现出了良好的电化学稳定性和柔性(0°~120°),并可以直接做成表带为4 V商用电子表供电(图3)。此外,采用该结构设计可以组装成10 V双极型可充铝电池,可为商用工作电压为9 V的LED灯持续供电,且其体积仅为串联的传统单极型电池的54%(图4),为高能量密度柔性电池的开发提供了新思路。

  该研究结果发表在《ACS Materials Letters 》上,题目为Wearable Bipolar Rechargeable Aluminum Battery。相关工作得到了国家重点研发计划(2018YFB0104400)、国家自然科学基金(51872322)和壳牌公司(PT76419)的支持。文章链接:https://dx.doi.org/10.1021/acsmaterialslett.0c00145


圖1:可穿戴的雙極型電池示意圖。


圖2:采用碳/聚乙烯膜的單層可充鋁電池電化學性能。


图3: 4V双极型可充铝电池电化学性能。


圖4:10V雙極型可充鋁電池電化學性能。