能像毛線(xiàn)一樣編織，能像紙板一樣對(duì)折，也能像皮膚一樣緊緊貼在身上。這樣輕便柔韌的材料居然是電池。容量達(dá)到600毫安時(shí)每克以上，循環(huán)壽命超過(guò)1000次，500次以上對(duì)半折也不影響其性能……近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院金鐘教授團(tuán)隊(duì)在高容量柔性能源器件方面取得的新進(jìn)展引起了不少人的關(guān)注。

一直以來(lái)，笨重堅(jiān)硬如磚塊的電池限制了許多設(shè)備的造型和應(yīng)用，這種傳統(tǒng)的能源器件結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿(mǎn)足便攜和可穿戴設(shè)備的發(fā)展需求。“能否設(shè)計(jì)一些新的電極材料，同時(shí)滿(mǎn)足柔韌、導(dǎo)電和高性能這三個(gè)特征呢?”這一問(wèn)題引起了金鐘的思考。從事材料化學(xué)領(lǐng)域研究10多年來(lái)，金鐘利用碳納米管、石墨烯和無(wú)機(jī)納米纖維等材料的高柔韌性和導(dǎo)電性，用來(lái)充當(dāng)儲(chǔ)能電極材料的優(yōu)秀柔性“骨架”。在這些材料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，堅(jiān)固厚重的電池在金鐘課題組的手里逐漸改變了傳統(tǒng)的模樣。

一般而言，能源器件分兩種，一種負(fù)責(zé)能源存儲(chǔ)，一種負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)換。前者將電能存儲(chǔ)為化學(xué)能，在需要使用的時(shí)候釋放，所對(duì)應(yīng)的是鋰離子等儲(chǔ)能電池，被稱(chēng)為化學(xué)電源器件;后者往往可以將光能等其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，例如太陽(yáng)能電池，其所對(duì)應(yīng)的能源器件被稱(chēng)為物理電源器件。“無(wú)論哪種能源器件，如果做成柔性、便攜和集成化的，都可能開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。”在金鐘“手”里，電池就好像沒(méi)了脾氣般能變成想要的形狀。

光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到9.5%，可以彎折、纏繞、打結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)僅需7秒鐘的快速充電……除了儲(chǔ)能電池，金鐘課題組在柔性太陽(yáng)能電池方面也取得了新的成果。該團(tuán)隊(duì)以碳納米纖維材料為基礎(chǔ)，通過(guò)修飾TiO2和MoS2二維材料制備出了多功能的同軸納米復(fù)合纖維電極材料。利用這種纖維電極組裝了可彎折、可編織的柔性線(xiàn)狀太陽(yáng)能電池和光充電能量纖維，獲得了優(yōu)異的性能，并且能夠在光照下快速自發(fā)充電。與傳統(tǒng)平面狀能源器件相比，纖維狀能源器件質(zhì)量更輕、柔性更好、集成度更高，同時(shí)有可能在未來(lái)可以像高分子纖維一樣通過(guò)紡織技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，從而滿(mǎn)足各種便攜式和可穿戴柔性電子設(shè)備的需求。

想象一下未來(lái)穿上可以提供電能、發(fā)光發(fā)熱的衣服吧，你的冬天不再冷冰冰。警示服、腕表、射頻卡片……柔性電池可以做到讓能源隨身攜帶。除了民用，柔性電池也能滿(mǎn)足未來(lái)信息化作戰(zhàn)的能源供應(yīng)需要。“在現(xiàn)代化的單兵特種作戰(zhàn)裝備中，士兵的負(fù)荷中有三分之一的重量來(lái)自電池，然而現(xiàn)有的電池系統(tǒng)只能續(xù)航72小時(shí)。”金鐘說(shuō)，“開(kāi)發(fā)質(zhì)量體積小、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、輸出功率大、安全性高、更適合穿戴的新電池系統(tǒng)，在滿(mǎn)足信息化作戰(zhàn)、無(wú)人機(jī)、水下航行器等國(guó)防應(yīng)用方面具有特別重要的意義。”

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