美研发可折叠纸基锂离子电池 能量密度提高14倍

据物理学家组织网10月9日(北京时间)报道,美国亚利桑那大学科学家开发出一种纸基锂离子电池,能做多次对折或折成Miura-ori型(类似地图折法),由于折叠后变得更小,表面能量密度和电容可增加14倍.这种折叠纸基电池柔韧灵活,成本低,可辊轴制造,有望进一步开发为多用途的高性能电池.相关论文发表在最近出版的《纳米快报》上.

传统锂离子电池是用锂基粉末作电极,而这种折叠锂离子电池是用碳纳米管(CNT)墨水作电极,用纤薄透气的Kimwipes纸巾(一种实验室用薄纸巾)作基底,并涂上一层PVDF(聚偏二氟乙烯)涂层增强CNT墨水和纸基间的粘附力.最后,电池显示出优良的导电性和相对稳定的电容.

研究人员对电池进行了折叠实验,先简单对折,然后用更复杂的Miura-ori折叠型.简单对折一次、两次和三次后,其表面能量密度和电容分别比未折叠的平面电池提高1.9、4.7和10.6倍;Miura-ori折叠型效率更高:把一张6厘米×7厘米的纸电池折成25层后,整体面积只有1.68平方厘米,而表面能量密度和电容均增加到14倍.

折成Miura-ori型的可折叠电池,这种折叠方式使得电池的表面能量密度和电容均提高14倍.

"我们用'面'密度来表示每英寸打印面积上能量密度的增加,"论文合着者、该校材料科学与工程副教授坎迪斯詹解释说,"这与重量的能量密度不同.因为电池在折叠和展开时质量不会变,所以'面'密度能更清楚地表明我们指的是哪种密度."

随着几何折叠算法、计算机工具和机器人操作的发展,更复杂的折叠型将会开发出来大规模制造,并用于商业用途.詹说,将折纸概念与纸基能源存储设备结合,会带来形状、几何设计以及功能上的更新,这方面有着无穷的可能性.未来将开发出电源及其他组件集成为一体的可折叠设备.