当前位置:首页 > 产业新闻 > 正文内容

|行业资讯|复旦大学团队再发柔性电子领域里程碑式成果

epia4年前 (2021-09-08)产业新闻2493


2021年3月11日,复旦大学高分子科学系教授彭慧胜领衔的研究团队成功将显示器件的制备与织物编织过程实现融合,在高分子复合纤维交织点集成多功能微型发光器件,揭示了纤维电极之间电场分布的独特规律,实现了大面积柔性显示织物和智能集成系统

相关研究成果以《大面积显示织物及其功能集成系统》(“Large-area display textiles integrated with functional systems”)为题在线发表于《自然》(Nature)主刊,审稿人评价其“创造了重要而有价值的新知识”。彭慧胜、陈培宁为该论文通讯作者,复旦大学高分子科学系博士研究生施翔、硕士研究生左勇以及工程与应用技术研究院博士研究生翟鹏为第一作者。
不到半年,再发Nature!
2021年9月1日,复旦大学彭慧胜团队在高分子纤维器件领域取得新进展发现了纤维锂离子电池内阻与长度之间的双曲余切函数关系,有效解决了活性材料和纤维电极界面稳定性难题,连续构建出兼具高安全性、高性能的新型纤维聚合物锂离子电池。
高安全性的纤维锂离子电池织物为手机无线充电
相关研究成果以“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”为题,于2021年9月1日发表在Nature上,审稿人评价这个工作是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”(“landmark research not only in energy storage but also in wearable technology”)和“柔性电子领域的一个里程碑”(“a milestone towards the prevalence of flexible electronics”)。高分子科学系博士生何纪卿路晨昊为共同第一作者。
作为现代电子设备的“心脏”,以锂离子电池为代表的储能器件是现代电子工业和人们生活不可或缺的组成部分。近年来,智能电子织物可实现器件功能、纺织方法、织物形态的有机融合,兼具智能、柔软、适应复杂形变、透气导湿等优点,是未来可穿戴等领域的重要发展方向。
彭慧胜团队从2008年开始研究新型柔性电池系统,在2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池,为满足智能电子织物等可穿戴设备的能源供给需求提供了新的有效路径,有望推动传统纺织制造和物联网、人机交互、大数据、人工智能等新兴领域的快速融合发展。
图4. 可穿戴线状锂离子电池织物示意图
经过最近几年国际学术界的共同努力,纤维锂离子电池取得了系列积极进展,但仍然面临一些重大难题,限制了它的实际应用。一方面,过去人们通常认为纤维锂离子电池越长其内阻就越大,很难实现较长的纤维锂离子电池;另一方面,面向块状锂离子电池的成熟生产体系很难适用于纤维锂离子电池,国际上纤维锂电池的连续化制备研究几乎是空白。迄今为止报道的纤维锂离子电池长度往往在厘米尺度,基于整体质量的能量密度也比较低(如<1 Wh/kg)(图1 a)。
彭慧胜团队在研究纤维锂离子电池连续化制备的过程中意外发现,纤维锂离子电池内阻随长度增加而降低,进一步探究发现纤维锂离子电池的内阻与长度呈双曲余切函数关系,即随着长度的增加内阻先降低后逐步趋于稳定。使用导电率较高的纤维集流体,有利于降低纤维锂离子电池的内阻(图1 b)。上述关系规律得到了系统的实验验证,为纤维锂离子电池的连续构建奠定了理论基础。
图1:a) 连续的纤维锂离子电池可以有效满足各种电子产品的用电需求;b) 纤维集流体电导率对纤维锂离子电池内阻和长度关系的影响。
进一步,彭慧胜团队发展出了高效负载纤维锂离子电池活性材料的连续化方法,有效解决了聚合物复合活性层与导电纤维集流体的界面稳定性难题,并通过自主设计和建立面向纤维锂离子电池连续构建的标准化装置(图2 a),实现了活性材料在千米级光滑纤维表面的高效负载和精准调控,获得到了高负载量、涂覆均匀和容量高度匹配的正、负极纤维材料(图2 b)。进一步将正极纤维和包覆隔膜的负极纤维进行缠绕组装,并进行有效的封装,最终实现了高性能纤维锂离子电池的连续化制备(图2 c-f)。
图2:a) 分别为纤维锂离子电池连续化制备装置;b) 纤维锂离子中电池活性材料的高效连续涂覆;c-f) 纤维锂离子电池的连续化组装。
纤维锂离子电池的容量随长度线性增加。长度为1米时,纤维锂离子电池容量为25 mAh,可以为心率监测仪和血氧仪等商用可穿戴设备提供超过2天的使用电能。基于整体质量的能量密度超过85 Wh/kg。同时,纤维锂离子电池具有良好的循环稳定性,循环500圈后,电池的容量保持率仍然达到90.5%,库伦效率为99.8%。即使在曲率半径为1厘米的情况下,将纤维锂离子电池弯折10万次后,其容量保持率仍大于80%。进一步通过纺织方法,获得了高性能和高安全性的大面积电池织物(图3 a-e)。
高安全性的纤维锂离子电池织物,耐水洗展示
刀片刺穿破坏实验
如果将电池织物和无线充电发射装置集成,可安全、稳定地为智能手机进行无线充电(图3 f-h)。此外,研究团队通过将纤维锂离子电池和纤维传感器与显示织物集成,实现了智能织物系统对人体汗液中钠离子和钙离子浓度的实时监控和信号传输与显示,为后期相关医疗方面的应用提供了可能。

图3:a-e) 通过纺织方法获得高性能和高安全性的纤维锂离子电池织物;f-h) 纤维锂离子电池织物为智能手机进行无线充电。
纤维锂离子电池织物为智能手机进行无线充电
从新现象到新规律,到连续构建关键技术的突破,到几乎所有核心设备的自主研发,再到工程化连续制备路线的不断提高……团队从未止步。通过十多年持续不断的深入研究,已经把纤维电池从实验室样品发展到了产品模型,特别是实现了高安全性纤维聚合物锂离子电池的连续化构建,并致力于推动纤维电池和织物系统的规模化应用研究。“我们特别期待锂离子电池领域产业界的合作者加入进来,在较短时间内有效解决新型电池体系在生产和实际应用中面临的各种问题”,研究团队对纤维电池的未来发展充满期待。
该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目支持。

文章来源 | 高分子科学前沿、复旦大学,小柯化学等

本篇文章来源于微信公众号:  柔性电子创新中心

扫描二维码推送至手机访问。

版权声明:本文由产业新闻-电子纸产业联盟发布,如需转载请注明出处。

本文链接:https://news.epaperia.com/post/27.html

相关文章

|行业资讯|物联网领域新突破  汇顶科技发布首款系统级NB-IoT单芯片方案

|行业资讯|物联网领域新突破 汇顶科技发布首款系统级NB-IoT单芯片方案

汇顶科技今日对外发布旗下首款全面支持3GPP Rel-14、Rel-15标准的系统级NB-IoT单芯片解决方案——GR851x系列,具备显著的连接稳定性、高安全性以及集成超低功耗OpenCPU应用系统,将为智慧城市、消费者应用、工业4.0和...

 |行业新闻|首期双碳能力建设培训“零碳精英班” 在沪顺利结业

|行业新闻|首期双碳能力建设培训“零碳精英班” 在沪顺利结业

编者按:8月21日,上海社科院研究生院,为期三天的首期双碳能力建设培训“零碳精英班”圆满落幕。本次培训由上海社科院绿色数字化发展研究中心领衔主办、上海产业转型发展研究院承办,全国碳市场交易系统的建设、运行和维护单位——上海环境能源交易所——...

|行业资讯| IC Insights:MPU首次突破1000亿美元

|行业资讯| IC Insights:MPU首次突破1000亿美元

在全球Covid-19病毒健康危机期间,微处理器销售额继去年增长了16%之后,他们的销量在2021年持续保持强劲,因为该危机在大流行期间加剧了世界对互联网的依赖。IC Insights在最近发布的《2021年麦克林报告》年中更新中表示,现在...

|行业资讯|Q2’21全球半导体设备厂商排名:Top10营收创历史新高,同比增长38%

|行业资讯|Q2’21全球半导体设备厂商排名:Top10营收创历史新高,同比增长38%

“受益于5G、AIoT、电动汽车等应用的市场需求扩大,推升芯片需求旺盛的同时,也带动半导体制造设备市场的持续扩大。全球半导体产能紧缺而引发的扩产潮,使得多家设备商2021年第二季度经营业绩表现亮眼,营收创历史新高。”CINNO Resear...

|产业资讯|远低于NB-IoT功耗,无源物联网才是实现千亿级IoT连接的“杀器”!

|产业资讯|远低于NB-IoT功耗,无源物联网才是实现千亿级IoT连接的“杀器”!

作者:赵小飞物联网智库 原创转载请注明来源和出处导  读供电受限是未来数百亿物联网节点面临的最大挑战之一。随着物联网场景的快速扩大,更加节能甚至无源的物联网技术成为重要发展方向,其中能量收集技术这一方案再次得到业界关注。供电受限是...

|行业预测|洛图科技:2021年全球电子纸标签模组出货量将超2亿片,2022年再翻倍

|行业预测|洛图科技:2021年全球电子纸标签模组出货量将超2亿片,2022年再翻倍

根据洛图科技(RUNTO)数据显示,2021年上半年全球电子纸标签模组出货量达1.02亿片,同比增长55.4%,全年预计出货超过2亿片,同比增长15.2%。电子纸标签模组:2021年出货2亿片,2022年4亿片受COVID-19等各方面因素...