近日，河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授張永光、教授梁春永、化工學(xué)院博士劉桂華等人設(shè)計(jì)了一種新型鋰硫電池正負(fù)極通用柔性材料，同時(shí)解決目前硫正極和鋰負(fù)極所面臨的問題，為開發(fā)柔性鋰硫電池提供一種新的解決方案，相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》。
隨著電子科技的不斷進(jìn)步，柔性可穿戴和便攜式電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。目前傳統(tǒng)的鋰離子電池難以滿足可穿戴、便攜式醫(yī)療器械等電子設(shè)備對高能量密度儲(chǔ)能器件的性能要求。因此，開發(fā)安全性高、柔韌性好、重量輕以及使用壽命長的柔性電池顯得尤為重要。鋰硫電池作為眾多化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)中最有前景的新興二次電池體系之一，已經(jīng)成為高比能儲(chǔ)能器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并且在可穿戴和便攜式電子產(chǎn)品中具有廣闊的應(yīng)用前景。鋰硫電池的理論能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于商業(yè)上廣泛應(yīng)用的鈷酸鋰電池。然而，嚴(yán)重的穿梭效應(yīng)、低的硫電導(dǎo)率、不可控的鋰枝晶生長和較差的電極柔韌性等問題，進(jìn)一步限制了柔性鋰硫電池的實(shí)際應(yīng)用。
解決鋰硫電池的穿梭效應(yīng)、抑制鋰枝晶的生長和增強(qiáng)電極的柔韌性是實(shí)現(xiàn)柔性鋰硫電池在可穿戴和便攜式電子產(chǎn)品應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，研究者們通常致力于解決硫正極一側(cè)的穿梭效應(yīng)和反應(yīng)動(dòng)力不足等問題或者鋰負(fù)極一側(cè)枝晶生長的問題，很少有報(bào)道采用通用電極設(shè)計(jì)來同時(shí)改善硫正極和鋰負(fù)極的電化學(xué)性能。
圍繞通用電極的設(shè)計(jì)，該團(tuán)隊(duì)從三維導(dǎo)電碳纖維框架的構(gòu)建和界面調(diào)控出發(fā)，創(chuàng)新性的開發(fā)了一種既可用于硫正極也可用于鋰負(fù)極的通用型柔性電極，組裝的鋰硫全電池可實(shí)現(xiàn)在高倍率下的高初始可逆比容量和卓越的長循環(huán)性能。在實(shí)際應(yīng)用方面，所制備的柔性鋰硫軟包電池展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能，在折疊、卷曲等條件下可為可穿戴的電子手表供電，其輕量化可折疊、靈活高效等特點(diǎn)有望在航空航天、微型機(jī)器人、便攜式醫(yī)療器械等領(lǐng)域中應(yīng)用。
該研究團(tuán)隊(duì)主要從事金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料的精密成型工藝開發(fā)及功能化設(shè)計(jì)及在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、能源存儲(chǔ)，汽車制造等領(lǐng)域的應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)所屬河北工業(yè)大學(xué)健康科學(xué)與工程研究中心正積極與國內(nèi)外的醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)＜液献?，開展有針對性的新材料與新裝備的研發(fā)，并與國內(nèi)外的研發(fā)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合，力爭早日實(shí)現(xiàn)新型材料與裝備的成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。
