目前,模仿自然功能的可拉伸电池材料的发展已经成为一个非常有趣的研究领域,对于下一波可穿戴电子产品而言是必不可少的。
最近与UNIST合作的一项研究提出了一种生物启发的Jabuticaba样混合碳/聚合物(HCP)复合材料,该复合材料采用简单且经济高效的溶液工艺开发成可拉伸的集电器。研究团队使用HCP复合材料作为可拉伸集电器,首次开发出一种基于含水电解质的高伸缩性可充电锂离子电池(ARLB)。
这一突破由能源与化学工程学院的Soojin Park教授领导,并与UNIST能源与化学工程学院的Kwanyong Seo教授和So Youn Kim教授合作。
可拉伸电子设备由于其巨大的灵活性而最近作为下一代设备引起了极大的关注。柔性电子产品日益增长的兴趣和需求促使人们寻求在拉伸过程中具有高机械耐久性和高导电性的高伸缩性电极。尽管已经为这些电极提出了许多方法,但是它们都没有设法同时实现电极的高拉伸性并且具有可扩展的制造工艺。
Park教授使用导电聚合物复合材料解决了这些问题,该复合材料由含有碳纳米管和炭黑的Jabuticaba类混合碳填料组成,采用简单的溶液工艺。这种结构的形状类似于巴西的坟墓Jabuticaba树。
研究小组观察到,即使在高应变速率下,HCP复合材料也能有效地保持其导电性。这使其适用于高伸缩性锂离子电池。
“我们的研究结果有望扩大具有电化学和机械性能的可拉伸纳米复合材料的数量,可用于各种应用,”负责可伸缩集电器制造的Seo教授说。
使用拉伸下的原位SAXS测量对复合材料内导电填料的渗透行为进行详细分析,这表明填料中不同类型的碳导致形成高度互连的共支撑网络。So Youn Kim教授领导了原位SAXS实验。SAXS是一种非常有用的技术,用于测量纳米填料在聚合物基质中的行为。此外,研究团队首次开发出可拉伸ARLB作为可拉伸电源,使用HCP复合材料作为可拉伸集电器,即使在100%应变下也能为LED提供稳定的电源。
“这项研究有望促进具有优化电化学和机械性能的可拉伸纳米复合材料的设计,用于储能设备和可拉伸电子设备,”Kim教授说。
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