上海復旦大學首次制備出纖維狀碳納米管鋰離子電池

纖維狀鋰離子電池可以編織成衣服，為可穿戴電子產品供電。美國化學學會提供

從谷歌眼鏡最近發布的新產品和蘋果iWatch智能手表即將上市來看，可穿戴電子產品很可能會掀起下一波新技術浪潮。為了解決這類產品的供電問題，中國復旦大學和上海的研究人員首先制備了一種基于碳納米管（CNT）的纖維狀鋰離子電池，該電池可以靈活地編織成高性能的柔性能源紡織品。這項研究結果發表在最新一期的《納米快報》上。

從頭顯到生物醫學監測，可穿戴電子產品可以提供許多先進的功能，并且對電池有很高的要求，這些電池不僅體積小、重量輕，而且具有滿足設備許多功能所需的強大能量。因此，可穿戴電子產品最大的技術瓶頸是電池。

據物理學家組織網5月27日報道，新設計和組裝的碳納米管（CNT）復合紗線可以牢固地纏繞成棉纖維，制成高性能鋰離子電池。纖維直徑約為1毫米，可編織成柔性織物或布，與柔性可穿戴電子設備兼容。

參與這項研究的翁偉，說：“這種電源可以直接無縫集成到可穿戴電子產品中是非常必要的。因為它需要靈活地編織到衣服中，所以纖維電源是最理想的。雖然這是首次實現碳納米管纖維鋰離子電池，但它顯示出非常好的電化學性能，包括0.75的高能量密度MWh/cm2，并且在100次使用循環之后，電池保持容量達到87%。"

設計纖維鋰離子電池的最大挑戰之一是眾所周知的硅膨脹問題。在充電/放電過程中，會發生化學反應，硅的體積會發生高達300%的巨大變化。為了適應這種情況，研究人員引入碳納米管來制造復合碳納米管/硅紗線陽極。碳納米管有效地緩沖了硅的體積變化并使其固化。如果沒有這種混合結構，硅的膨脹會使其剝落，導致電池損壞。

對于陰極材料，研究人員使用碳納米管和錳酸鋰，它們具有高穩定性、高工作電壓和低成本的優點。通過將由凝膠電解質分離的陽極和陰極的CNT基紗線纏繞到棉纖維中，這種鋰離子電池可以編織成柔性織物。

此前，研究人員曾試圖制造超級電容器纖維，但由于鋰離子電池纖維很難制造，他們沒有過多關注。然而，鋰離子電池具有一些優點，例如更高的能量密度和更低的自放電損耗。與超級電容器相比，它們為通用可穿戴電子設備提供了更好的選擇。研究人員解釋說，在這方面，目前的工作是在先前研究的基礎上改進的，但仍有進一步改進的空間。

研究人員表示：“2012年有報道稱，鋰離子電池使用銅線作為骨架，形狀像電纜。效果很好，但由于這種電池直徑大，使用液體電解質，重量重，可能不適合編織成能源紡織品。目前，碳納米管纖維用作骨架，密度接近銅的1/9，凝膠電yte用于確保安全。此外，復合紗線的陽極和陰極由碳納米管纖維和活性材料制成，直徑為100μm，僅為電纜電池陽極的1/10，因此這種纖維電池與服裝用聚合物纖維兼容，實現了高性能電池。"

未來，研究人員計劃在各個領域進一步改進這種纖維電池。研究人員表示：“首先，提高性能，如產能和循環壽命；其次，大規模生產；

第三，其他功能將被合并，如拉伸、顏色變化和自我力量。"

纖維狀鋰離子電池可以編織成衣服，為可穿戴電子產品供電。美國化學學會提供

從谷歌眼鏡最近發布的新產品和蘋果iWatch智能手表即將上市來看，可穿戴電子產品很可能會掀起下一波新技術浪潮。為了解決這類產品的供電問題，中國復旦大學和上海的研究人員首先制備了一種基于碳納米管（CNT）的纖維狀鋰離子電池，該電池可以靈活地編織成高性能的柔性能源紡織品。這項研究結果發表在最新一期的《納米快報》上。

從頭顯到生物醫學監測，可穿戴電子產品可以提供許多先進的功能，并且對電池有很高的要求，這些電池不僅體積小、重量輕，而且具有滿足設備許多功能所需的強大能量。因此，可穿戴電子產品最大的技術瓶頸是電池。

據物理學家組織網5月27日報道，新設計和組裝的碳納米管（CNT）復合紗線可以牢固地纏繞成棉纖維，制成高性能鋰離子電池。纖維直徑約為1毫米，可編織成柔性織物或布，與柔性可穿戴電子設備兼容。

參與這項研究的翁偉，說：“這種電源可以直接無縫集成到可穿戴電子產品中是非常必要的。因為它需要靈活地編織到衣服中，所以纖維電源是最理想的。雖然這是首次實現碳納米管纖維鋰離子電池，但它顯示出非常好的電化學性能，包括0.75的高能量密度MWh/cm2，并且在100次使用循環之后，電池保持容量達到87%。"

設計纖維鋰離子電池的最大挑戰之一是眾所周知的硅膨脹問題。在充電/放電過程中，會發生化學反應，硅的體積會發生高達300%的巨大變化。為了適應這種情況，研究人員引入碳納米管來制造復合碳納米管/硅紗線陽極。碳納米管有效地緩沖了硅的體積變化并使其固化。如果沒有這種混合結構，硅的膨脹會使其剝落，導致電池損壞。

對于陰極材料，研究人員使用碳納米管和錳酸鋰，它們具有高穩定性、高工作電壓和低成本的優點。通過將由凝膠電解質分離的陽極和陰極的CNT基紗線纏繞到棉纖維中，這種鋰離子電池可以編織成柔性織物。

此前，研究人員曾試圖制造超級電容器纖維，但由于鋰離子電池纖維很難制造，他們沒有過多關注。然而，鋰離子電池具有一些優點，例如更高的能量密度和更低的自放電損耗。與超級電容器相比，它們為通用可穿戴電子設備提供了更好的選擇。研究人員解釋說，在這方面，目前的工作是在先前研究的基礎上改進的，但仍有進一步改進的空間。

研究人員表示：“2012年有報道稱，鋰離子電池使用銅線作為骨架，形狀像電纜。效果很好，但由于這種電池直徑大，使用液體電解質，重量重，可能不適合編織成能源紡織品。目前，碳納米管纖維用作骨架，密度接近銅的1/9，凝膠電yte用于確保安全。此外，復合紗線的陽極和陰極由碳納米管纖維和活性材料制成，直徑為100μm，僅為電纜電池陽極的1/10，因此這種纖維電池與服裝用聚合物纖維兼容，實現了高性能電池。"

未來，研究人員計劃在各個領域進一步改進這種纖維電池。研究人員表示：“首先，提高性能，如容量和循環壽命；其次，大規模生產；第三，其他功能將被合并，如拉伸、變色和自供電。”

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