完全可拉伸的锂离子电池为柔性电子设备提供动力
当你想到电池时，可能不会联想到可拉伸性。但电池需要具备这种变形特性才能集成到柔性电子设备中，这类设备在可穿戴健康监测器领域正获得越来越多的关注。现在，研究人员在ACS Energy Letters上报告了一种具有完全可拉伸组件的锂离子电池，包括可扩展5000%的电解质层，并且在近70次充放电循环后仍保持其电荷存储容量。
能够弯曲和伸展的电子设备需要具有类似特性的电池。大多数尝试构建此类电池的研究人员使用编织导电织物或折叠成可扩展形状的刚性组件（类似于折纸艺术）来制造它们。但对于真正可塑的电池，每个部分——收集电荷的电极和平衡电荷的中间电解质层——都必须具有弹性。到目前为止，真正的可拉伸电池原型具有中等弹性、复杂的组装过程或有限的能量存储容量，特别是在反复充电和放电一段时间后。后者可能是由于电解质层和电极之间的连接薄弱或流体电解质的不稳定性，当电池改变形状时，流体电解质可能会移动。因此，研究人员希望将电解质融入融合在两个柔性电极膜之间的聚合物层中，以创建完全固体、可拉伸的电池，而不是使用液体。
为了制造全弹性电池的电极，团队在基板上涂覆了含有银纳米线、炭黑和锂基阴极或阳极材料的导电浆料薄膜。然后将一层聚二甲基硅氧烷（一种常用于隐形眼镜的柔性材料）施加到浆料顶部。研究人员直接在该薄膜顶部添加了锂盐、高导电性液体和制造可拉伸聚合物的成分。当被光激活时，这些组分结合形成固体、橡胶状层，能够拉伸至其原始长度的5000%，并且能够传输锂离子。最后，堆叠结构顶部覆盖另一层电极薄膜，整个设备被密封在保护涂层中。
将固体可拉伸电池设计与具有传统液体电解质的类似设备进行比较时，新版本在快速充电速率下的平均电荷容量高出约六倍。同样，固体电池在67次充电和放电循环操作期间保持了更稳定的容量。在使用固体电极制造的其他原型中，聚合物电解质在1000次循环中保持稳定运行，前30次循环中容量下降1%，而液体电解质容量下降16%。虽然仍有改进空间，但这种创建完全可拉伸固体电池的新方法可能为随身体弯曲和移动的可穿戴或植入式设备迈出了有希望的一步。
作者感谢以下机构的资助：中国国家重点研发计划；中国国家自然科学基金；江苏省自然科学基金；浙江省柔性电子重点实验室基金；江苏省特聘教授计划；NUPT"1311项目"和科学基金；中国博士后科学基金；有机电子与信息显示国家重点实验室项目；以及NUPT自然科学基金。
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