麻省理工研發(fā)140米柔性鋰離子纖維電池，可用于織物自供電及3D打印電池

來(lái)源：DeepTech深科技

隨著智能穿戴設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)電池的柔韌性、可拉伸、便攜性等方面提出了更高的要求。

在日常生活中，充電鋰離子電池我們都不陌生，但是否把充電鋰離子電池做成超長(zhǎng)纖維，甚至可做成衣服呢？


圖丨柔性鋰離子纖維電池（來(lái)源：MIT）

近日，麻省理工學(xué)院（MIT）團(tuán)隊(duì)就實(shí)現(xiàn)了上述成果，他們成功地開(kāi)發(fā)出世界上最長(zhǎng)的柔性纖維電池，厚度幾百微米，長(zhǎng) 140 米，并且放電容量達(dá) 123毫安 （mAh）、放電能量約 217 毫瓦時(shí)（mWh）。

2021 年 12 月 20 日，相關(guān)論文以《熱拉伸可充電電池纖維可實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的電力》（Thermally drawn rechargeable battery fiber enables pervasive power）為題發(fā)表在 Materials Today。

這種纖維電池具有電池和纖維特征的“雙重屬性”，不僅具備可充電鋰電池的充放電功能，還可以編成織物，為從 1D 到 3D 電源的大量非平面電子器件提供動(dòng)力，給可穿戴電子設(shè)備提供了更多選擇。

該論文的通訊作者、慶熙大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授鄭泰利（Jung Tae Lee）在接受媒體采訪時(shí)表示：“我們的方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以在一根單獨(dú)的纖維中嵌入多個(gè)設(shè)備。這跟其他需要整合多個(gè)光纖設(shè)備的方法不同。當(dāng)我們整合這些含有多設(shè)備的纖維時(shí)，集合體將推進(jìn)緊湊型織物計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)�！�



動(dòng)圖丨纖維電池即使在部分被切割，仍繼續(xù)為 LED 供電，表明纖維電池系統(tǒng)沒(méi)有電解液損失和短路（來(lái)源：Materials Today）

該研究首次使用熱拉伸的方法，實(shí)現(xiàn)了在保護(hù)性柔性包殼內(nèi)同時(shí)容納多種復(fù)雜的電活性凝膠、顆粒和聚合物。熱拉伸工藝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以在不改變預(yù)制模的情況下，通過(guò)改變絞盤速度來(lái)控制纖維的橫向尺寸。

由新型電池凝膠以及標(biāo)準(zhǔn)纖維拉伸系統(tǒng)制造，該系統(tǒng)始于一個(gè)圓柱體，該圓柱體中包含所有組件，然后將其加熱至略低于其熔點(diǎn)。研究人員將該材料從狹窄的開(kāi)口拿出來(lái)，他們發(fā)現(xiàn)所有零件是原始直徑的幾分之一，與此同時(shí)它還不打亂零件原有排列。



圖丨包括多種凝膠的熱纖維電池拉伸及其擴(kuò)展為 2D 和 3D 柔性多維電子產(chǎn)品（來(lái)源：Materials Today）

此前該領(lǐng)域的相關(guān)研究多為可編織、可清洗的 LED、光電傳感器、通信和數(shù)字系統(tǒng)。它們適合在柔性可穿戴產(chǎn)品使用，但缺點(diǎn)是其依賴外部電源，無(wú)法自供電。

那么，纖維電池是否能像普通衣服一樣穿著舒適，又具有電池的充放電功能，滿足自供電通信、傳感和計(jì)算設(shè)備？



動(dòng)圖丨由于凝膠電極和凝膠電解質(zhì)，熱拉伸纖維電池（右）是耐火的，而帶有液體電解質(zhì)的控制纖維電池（左）會(huì)立即著火并膨脹（來(lái)源：Materials Today）
該論文第一作者、MIT電子研究實(shí)驗(yàn)室博士后助理研究員圖拉爾·胡迪耶夫（Tural Khudiyev）說(shuō)道：“當(dāng)我們將活性材料嵌入纖維內(nèi)部時(shí)，這意味著敏感的電池部件已經(jīng)有了良好的密封性。并且由于所有的活性材料都整合得非常好，所以它們不會(huì)改變它們的位置�！�

MIT 團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型纖維電池不僅可自供電，還滿足了便攜式電子系統(tǒng)的要求，具備可機(jī)洗、靈活、可在水下使用且防火/破裂安全等優(yōu)點(diǎn)。

不僅如此，這種纖維電池還實(shí)現(xiàn)了 3D 打印“一步到位”。除了電池的纖維外觀，纖維內(nèi)部還具備了各種金屬、活性材料等�！斑@是纖維電池設(shè)備的首次 3D 打印�！眻D拉爾·胡迪耶夫說(shuō)道。



圖丨二維電子產(chǎn)品中的熱拉伸纖維電池（來(lái)源：Materials Today）

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)不同的可充電纖維電池方案展示了為潛艇無(wú)人機(jī)、Li-Fi （Light Fidelity）織物和飛行無(wú)人機(jī)通信提供電力，這為電池自供電電子產(chǎn)品的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

德國(guó)明斯特大學(xué)物理化學(xué)教授馬丁·溫特（Martin Winter）認(rèn)為該研究非常有創(chuàng)意，他表示：“新電池單元的形狀靈活性可滿足以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，現(xiàn)在大多數(shù)關(guān)于電池的研究著眼于電網(wǎng)存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車，這是與主流的一個(gè)很好的偏離�！�

該纖維電池的長(zhǎng)度并未到達(dá)極限，該團(tuán)隊(duì)表示，未來(lái)有望進(jìn)一步提升至 1000 米以上。下一步，該團(tuán)隊(duì)將致力于研究如何將電池效率和功率容量進(jìn)一步提升。此外，該技術(shù)已申請(qǐng)相關(guān)專利，他們希望該技術(shù)能在幾年內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化落地。