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“三浦折疊”提高鋰電池的區(qū)域能量密度

作者:周曉晴 來(lái)源:數(shù)字儲(chǔ)能網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2013-09-29 瀏覽:
中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:近日,美國(guó)亞利桑那州的研究人員對(duì)外稱,已經(jīng)證明折紙概念能夠應(yīng)用在鋰電池上,將來(lái)可制造具有高區(qū)域能量密度的設(shè)備。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

  研究報(bào)告指出,與傳統(tǒng)的平面電池相比,使用三浦布局(Miura pattern)的5×5折疊電池的能量密度提高了14倍。研究人員建議,幾何折疊算法和計(jì)算工具來(lái)決定制造3D結(jié)構(gòu)的折疊模式有很多優(yōu)勢(shì),這或許可以形成很多3D電池的配置結(jié)構(gòu)。另外,由于具有科機(jī)器人操作包括機(jī)器人折紙等優(yōu)勢(shì),折疊電池在未來(lái)或許可以大規(guī)模生產(chǎn)。
  
  研究人員使用碳納米管(CNT)包覆的紙作為集流器,將傳統(tǒng)的活性物質(zhì)層(Li4Ti5O12和LiCoO2)置于集流器頂部。使用實(shí)驗(yàn)室用擦拭紙作為基底,因?yàn)槠浔《嗫椎奶匦栽试SCNT墨水輕易滲透紙的內(nèi)外層,使CNT包覆的紙每一面都具有導(dǎo)電性。


圖A:簡(jiǎn)易折疊(一層、兩層、三層);圖B:未折疊的平面電池;圖C:?jiǎn)螌诱郫B的電池

  研究人員發(fā)現(xiàn),和平面電池相比,使用簡(jiǎn)單的折疊(如上圖),如一層、兩層、三層,電池的區(qū)域容量大約提高了1.9倍、2.7倍以及10.6倍。

  折疊電池的庫(kù)倫效率(CE)也比非折疊電池要高。研究報(bào)告作者指出,人們并不理解折疊電池庫(kù)倫效率更高的原因,或許是因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)層和CNT層的接觸在折疊之后得到改善,大大增加。這些初步結(jié)果證實(shí),鋰離子電池在多次折疊之后仍然有良好的電化學(xué)性能。

  為了進(jìn)一步提高區(qū)域容量,研究人員使用三浦折疊法(Miura folding)。在這些三浦折疊電池中,由于銅電流或者鋁電流不能被多次折疊,因此不再使用。此外,使用CNT-PVDF包覆的紙作為唯一的集流器。
 

折疊電池區(qū)域容量對(duì)比(一層、兩層、三層)

  雖然使用三浦折疊法提高了區(qū)域容量,但是折疊電池的放電容量為103mAh/g,而在折疊之前是113mAh/g。與折疊三層的電池相比,采用三浦折疊法的電池質(zhì)量容量較低。因此,研究人員認(rèn)為,這或許表明有部分活性物質(zhì)在折疊后無(wú)法接觸到電解質(zhì),又或許是因?yàn)樵诖怪闭郫B的相交處發(fā)生了分層。

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