傳統(tǒng)鋰離子電池是用鋰基粉末作電極,而這種折疊鋰離子電池是用碳納米管(CNT)墨水作電極,用纖薄透氣的Kimwipes紙巾(一種實(shí)驗(yàn)室用薄紙巾)作基底,并涂上一層PVDF(聚偏二氟乙烯)涂層增強(qiáng)CNT墨水和紙基間的粘附力。最后,電池顯示出優(yōu)良的導(dǎo)電性和相對(duì)穩(wěn)定的電容。
研究人員對(duì)電池進(jìn)行了折疊實(shí)驗(yàn),先簡(jiǎn)單對(duì)折,然后用更復(fù)雜的Miura-ori折疊型。簡(jiǎn)單對(duì)折一次、兩次和三次后,其表面能量密度和電容分別比未折疊的平面電池提高1.9、4.7和10.6倍;Miura-ori折疊型效率更高:把一張6厘米×7厘米的紙電池折成25層后,整體面積只有1.68平方厘米,而表面能量密度和電容均增加到14倍。
“我們用‘面’密度來(lái)表示每英寸打印面積上能量密度的增加,”論文合著者、該校材料科學(xué)與工程副教授坎迪斯·詹解釋說(shuō),“這與重量的能量密度不同。因?yàn)殡姵卦谡郫B和展開時(shí)質(zhì)量不會(huì)變,所以‘面’密度能更清楚地表明我們指的是哪種密度!
隨著幾何折疊算法、計(jì)算機(jī)工具和機(jī)器人操作的發(fā)展,更復(fù)雜的折疊型將會(huì)開發(fā)出來(lái)大規(guī)模制造,并用于商業(yè)用途。詹說(shuō),將折紙概念與紙基能源存儲(chǔ)設(shè)備結(jié)合,會(huì)帶來(lái)形狀、幾何設(shè)計(jì)以及功能上的更新,這方面有著無(wú)窮的可能性。未來(lái)將開發(fā)出電源及其他組件集成為一體的可折疊設(shè)備。
點(diǎn)評(píng)
電池技術(shù)可以稱得上是新能源革命甚至新工業(yè)革命的核心,其中可折疊紙基或塑料基的高能量密度電池是距離日常生活最近的,有了它,電池不光供電會(huì)更加持久,其形狀性能也更靈活,這樣電子設(shè)備將更小巧輕便,可穿戴設(shè)備也更舒適,工業(yè)產(chǎn)品將更人性化。近年來(lái),研究者已陸續(xù)公布了多種可折疊電池的新奇技術(shù)方案,本成果只是眾多開拓性方案之一,并不一定是終極解決方法,但可折疊電池的商用時(shí)代正在到來(lái)。