复旦的新衣再登Nature!穿在身上能为手机充电,可水洗可弯折,刀戳车碾都不坏

杨净鱼羊发自凹非寺量子位报道公众号QbitAI今天,一件来自中国的衣服登上了Nature。没看出有什么特别?别眨眼,下一秒神奇的事情就发生了(注意那个手机)。没错,这件衣服正在给手机无!线!充!电!不是把充电宝缝进了衣服里,而是这件 可以正常折叠、水洗的衣服,本身就是一块电池!这项最

NetSmell 出品

  杨净鱼羊发自凹非寺

  量子位报道公众号 QbitAI

  今天,一件来自中国的衣服登上了 Nature。

  没看出有什么特别?别眨眼,下一秒神奇的事情就发生了(注意那个手机)。

  没错,这件衣服正在给手机无!线!充!电!

  不是把充电宝缝进了衣服里,而是这件 可以正常折叠、水洗的衣服,本身就是一块电池!

  这项最新研究来自复旦大学彭慧胜教授团队,也是该团队 半年内第二次在 Nature 发文。

  上一篇 Nature 里,他们把衣服做成了显示器,能打字聊天、能导航,还能显示人体健康信息。

  这一回,好家伙,直接一个双剑合璧,把电源供应问题也给解决了。

  是不是有点科幻大片内味儿了?

  △《时间规划局》

  正经一说,这项研究也得到了 Nature 审稿人的高度评价:

(这项工作是)储能领域和可穿戴技术领域里程碑式的研究。

是柔性电子领域的一个里程碑。

  你的下一个充电宝可能是衣服

  所以,这件衣服究竟有何玄机?

  关键词是 纤维锂离子电池(FLIB)。

  △就是它

  别小看这么一条“线”,在此前的研究中,这条“线”的长度通常只能达到几厘米,很难为手机、电脑这样较大的电子设备供电。

  而这一次,彭慧胜团队成功基于理论验证,制备出了数米长的高性能长纤维锂离子电池:长度 1 米的情况下,其能量密度达到 85.69Wh/kg,可为心率监测仪和血氧仪等商用可穿戴设备提供使用超过 2 天的电量。

  将其同普通纺织物织到一起,手机平板都能充。

  折叠、水洗都没啥影响。

  安全性也有保证。遭受外力破坏的情况下,普通电池很容易发生燃烧、爆炸。但实验显示,织物电池在被车碾、被刀戳的情况下,依然能保持稳定。

  研究团队还监测了电池放电时衣物温度的变化情况。结果显示,在放电的 40 分钟内,温度并没有发生明显波动。

  此外,这一衣服电池在 500 次充放电循环之后,容量保持率能达到 90.5%,库仑效率为 99.8%。在曲率半径为 1 厘米的情况下,弯折 10 万次之后,其容量保持率仍大于 80%。

  每米成本低于 3 角

  前文也提到,此前,工业级别上很难生产长度超过几厘米的纤维锂离子电池。其中很重要的一个原因是,较长的纤维被认为会有较 高的内阻,而电池的内阻对其电化学性能具有重要影响。

  所以复旦彭慧胜团队具体是如何实现突破的?

  有两个方面。

  首先他们发现,纤维内阻与长度呈现的是 双曲余切函数关系。

  换句话说,就是纤维内阻先随着长度的增加而降低,之后趋于平缓。

  那么这两者之间的关系究竟是如何发现的呢?

  手工自制锂电池。

  电池正极为铝线,涂层为钴酸锂 LCO,典型锂电池正极活性材料;负极为有石墨涂层的铜线,并用商业隔离膜包裹以防止短路。

  将正负极缠绕在一起,制备成不同长度的纤维锂电池 (0.1 米、0.2 米、0.5 米和 1 米),并测量他们的电化学性能。

  最终经过系统性研究表明,这一关系具有普遍性,对不同的纤维电池均有效。

  理论基础可行,那就到了第二阶段——工业化制备,生产长达数米的高性能纤维电池。

  最大的难点,是如何均匀地将浆液均匀涂在正负电极上。

  目前大部分商业化电池就不存在这样的问题,在平面基材上涂抹更加均匀,厚度也容易控制。然而对于柔性、弯曲的纤维表面就很有难度。

  这是因为,在涂层负载过程中,曲面结构使得活性材料承受较大的表面张力,从而导致活性材料涂层不均匀,影响整个电池的性能和稳定性。

  论文一作 何纪卿接受澎湃采访时表示,这会导致曲面产生不平整的串珠结构。

  而团队找到了最佳粘合剂含量,在这个含量下电极表面变得光滑。

  那么具体是如何制备的呢?

  钴酸锂 LCO(红色)和石墨(蓝色)浆液分别涂在铝和铜的集流体上。

  今年 3 月,他们打造的 衣物显示器登上 Nature。

  随后,通过挤压封装在一个管道中,这个封装管由聚丙烯管包裹铝塑带制成, 水蒸气透过率低,不易受到外界环境影响。

  技术含量这么高,价格又如何?

  论文介绍:每米成本略低于 0.05 美元(约合 0.3 元人民币),对于消费产品来说是经济的。

  半年两登 Nature 的彭慧胜团队

  最后再来简单介绍下背后的团队——

  复旦大学高分子科学系彭慧胜团队,研究柔性电子材料已经超过十年。

  而在今年半年时间,他们就两度得到国际顶刊认可。

  今年 3 月,他们打造的 衣物显示器登上 Nature。

  能聊天能导航,水洗弯折都不怕,纺织布料最长可达 6 米,其中包含 50 万个发光单元,间距最小可达到 0.8 毫米,可以满足高分辨率显示的要求。

  而现在,他们以可充电衣物再登 Nature。

  共同一作是他的两位高分子科学系博士生 何纪卿和路晨昊。

  2008 年彭慧胜刚回复旦,当时就已经想到“如果把锂离子电池做成纤维,一定很好玩。”

  2013 年,彭慧胜团队实现世界第一个纤维锂离子电池,之后不断进行拓展。

  如今距离规模化生产又前进了一步,甚至有了更加明晰的实用价值。

  彭慧胜表示:

从目前纤维锂离子电池的性能和工程化水平判断,有望在3-5 年实现规模化生产与应用。如果资源比较集中和高效利用,也有可能 2-3 年就能实现。

  没准儿过不了多久,你的下一个充电宝,就是一件衣服。(手动狗头)

显示余下内容
相关文章:
  1. 掘金自动驾驶,赛灵思看上了一家中国公司
  2. 2021年世界最具吸引力的雇主:谷歌排第一
  3. 九成受访者网购会查看差评 ​仅33.6%受访者能明确分辨好评真假
  4. 三年内投资700万美元 谷歌联合创始人佩奇成为新西兰移民
  5. 腾讯“绞杀”抖音,不止1个亿
  6. 酒精不能用来清洁屏幕,是真的咩?
  7. 上海一蔚来EC6碰撞起火致车主遇难:蔚来初步判断电池包整体完好
  8. 长使雷军汗满襟
  9. 国产5G小基站芯片步入量产阶段 运营商建网成本能否得到缓解?
  10. 微信支付:省会城市能通过云闪付App扫描微信收款码完成支付
 

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。