麻省理工研發(fā)140米柔性鋰離子纖維電池,，可用于織物自供電及3D打印電池

來源：DeepTech深科技

隨著智能穿戴設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，人們對電池的柔韌性,、可拉伸,、便攜性等方面提出了更高的要求,。

在日常生活中,，充電鋰離子電池我們都不陌生,，但是否把充電鋰離子電池做成超長纖維，甚至可做成衣服呢,？


圖丨柔性鋰離子纖維電池（來源：MIT）

近日,，麻省理工學院（MIT）團隊就實現(xiàn)了上述成果，他們成功地開發(fā)出世界上最長的柔性纖維電池,，厚度幾百微米,，長 140 米，并且放電容量達 123毫安 （mAh）,、放電能量約 217 毫瓦時（mWh）,。

2021 年 12 月 20 日，相關(guān)論文以《熱拉伸可充電電池纖維可實現(xiàn)無處不在的電力》（Thermally drawn rechargeable battery fiber enables pervasive power）為題發(fā)表在 Materials Today,。

這種纖維電池具有電池和纖維特征的“雙重屬性”,，不僅具備可充電鋰電池的充放電功能，還可以編成織物,，為從 1D 到 3D 電源的大量非平面電子器件提供動力,，給可穿戴電子設(shè)備提供了更多選擇。

該論文的通訊作者,、慶熙大學生命科學學院教授鄭泰利（Jung Tae Lee）在接受媒體采訪時表示：“我們的方法的優(yōu)點是,，可以在一根單獨的纖維中嵌入多個設(shè)備。這跟其他需要整合多個光纖設(shè)備的方法不同,。當我們整合這些含有多設(shè)備的纖維時,，集合體將推進緊湊型織物計算機的實現(xiàn)�,！�



動圖丨纖維電池即使在部分被切割,，仍繼續(xù)為 LED 供電，表明纖維電池系統(tǒng)沒有電解液損失和短路（來源：Materials Today）

該研究首次使用熱拉伸的方法,，實現(xiàn)了在保護性柔性包殼內(nèi)同時容納多種復(fù)雜的電活性凝膠,、顆粒和聚合物。熱拉伸工藝的另一個優(yōu)點是,，可以在不改變預(yù)制模的情況下,，通過改變絞盤速度來控制纖維的橫向尺寸。

由新型電池凝膠以及標準纖維拉伸系統(tǒng)制造,，該系統(tǒng)始于一個圓柱體,，該圓柱體中包含所有組件，然后將其加熱至略低于其熔點,。研究人員將該材料從狹窄的開口拿出來,，他們發(fā)現(xiàn)所有零件是原始直徑的幾分之一,，與此同時它還不打亂零件原有排列。



圖丨包括多種凝膠的熱纖維電池拉伸及其擴展為 2D 和 3D 柔性多維電子產(chǎn)品（來源：Materials Today）

此前該領(lǐng)域的相關(guān)研究多為可編織,、可清洗的 LED、光電傳感器,、通信和數(shù)字系統(tǒng),。它們適合在柔性可穿戴產(chǎn)品使用，但缺點是其依賴外部電源,，無法自供電,。

那么，纖維電池是否能像普通衣服一樣穿著舒適,，又具有電池的充放電功能,，滿足自供電通信、傳感和計算設(shè)備,？



動圖丨由于凝膠電極和凝膠電解質(zhì),，熱拉伸纖維電池（右）是耐火的，而帶有液體電解質(zhì)的控制纖維電池（左）會立即著火并膨脹（來源：Materials Today）
該論文第一作者,、MIT電子研究實驗室博士后助理研究員圖拉爾·胡迪耶夫（Tural Khudiyev）說道：“當我們將活性材料嵌入纖維內(nèi)部時,，這意味著敏感的電池部件已經(jīng)有了良好的密封性。并且由于所有的活性材料都整合得非常好,，所以它們不會改變它們的位置,。”

MIT 團隊研發(fā)的新型纖維電池不僅可自供電,，還滿足了便攜式電子系統(tǒng)的要求,，具備可機洗、靈活,、可在水下使用且防火/破裂安全等優(yōu)點,。

不僅如此，這種纖維電池還實現(xiàn)了 3D 打印“一步到位”,。除了電池的纖維外觀,，纖維內(nèi)部還具備了各種金屬、活性材料等,�,！斑@是纖維電池設(shè)備的首次 3D 打印�,！眻D拉爾·胡迪耶夫說道,。



圖丨二維電子產(chǎn)品中的熱拉伸纖維電池（來源：Materials Today）

該團隊通過不同的可充電纖維電池方案展示了為潛艇無人機、Li-Fi （Light Fidelity）織物和飛行無人機通信提供電力,，這為電池自供電電子產(chǎn)品的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ),。

德國明斯特大學物理化學教授馬丁·溫特（Martin Winter）認為該研究非常有創(chuàng)意,，他表示：“新電池單元的形狀靈活性可滿足以前無法實現(xiàn)的設(shè)計和應(yīng)用，現(xiàn)在大多數(shù)關(guān)于電池的研究著眼于電網(wǎng)存儲和電動汽車,，這是與主流的一個很好的偏離,。”

該纖維電池的長度并未到達極限,，該團隊表示,，未來有望進一步提升至 1000 米以上。下一步,，該團隊將致力于研究如何將電池效率和功率容量進一步提升,。此外，該技術(shù)已申請相關(guān)專利,，他們希望該技術(shù)能在幾年內(nèi)進行產(chǎn)業(yè)化落地,。