Hong Kong CityU EES: Batri ityòm-ion fleksib ki enspire pa jwenti moun

Istorik Rechèch

Demann nan ogmante pou pwodwi elektwonik ankouraje devlopman rapid nan aparèy depo fleksib ak segondè-enèji-dansite nan dènye ane yo. Fleksib ityòm ion pil (LIB) ak dansite enèji segondè ak pèfòmans elektwochimik ki estab yo konsidere kòm teknoloji batri ki pi pwomèt pou pwodwi elektwonik portable. Malgre ke itilizasyon elektwòd fim mens ak elektwòd ki baze sou polymère amelyore anpil fleksibilite LIB yo, gen pwoblèm sa yo:

(1) Batri ki pi fleksib yo anpile pa "elektwòd negatif-separatè-pozitif," ak deformabilite limite yo ak glisman ant pil miltikouch limite pèfòmans jeneral LIB yo;

(2) Anba kèk kondisyon ki pi grav, tankou plisman, etann, likidasyon, ak deformation konplèks, li pa ka garanti pèfòmans batri;

(3) Pati nan estrateji konsepsyon inyore deformation pèseptè metal aktyèl la.

Se poutèt sa, ansanm reyalize ti ang koube li yo, mòd deformation miltip, siperyè rezistans mekanik, ak dansite enèji segondè toujou ap fè fas a anpil defi.

entwodiksyon

Dènyèman, Pwofesè Chunyi Zhi ak Dr Cuiping Han nan City University of Hong Kong pibliye yon papye ki rele "Human joint inspired structurel design for bendable/foldable/stretchable/twistable battery: achieving multiple deformability" sou Energy Environ. Sci. Travay sa a te enspire pa estrikti jwenti imen an epi li te fèt yon kalite LIB fleksib ki sanble ak sistèm jwenti a. Ki baze sou konsepsyon roman sa a, batri a prepare, fleksib ka reyalize dansite enèji segondè epi yo dwe koube oswa menm pliye nan 180 °. An menm tan an, estrikti estriktirèl la ka chanje atravè metòd diferan likidasyon pou ke LIB fleksib gen kapasite deformation rich, yo ka aplike nan deformation ki pi grav ak konplèks (likidasyon ak trese), epi yo ka menm lonje, ak kapasite deformation yo se pi lwen pase rapò anvan yo sou LIB fleksib. Analiz simulation eleman fini konfime ke batri ki fèt nan papye sa a pa ta sibi deformation plastik irevokabl nan pèseptè metal aktyèl la anba divès deformation difisil ak konplèks. An menm tan an, batri inite kare reyini ka reyalize yon dansite enèji ki rive jiska 371.9 Wh / L, ki se 92.9% nan batri tradisyonèl mou pake a. Anplis de sa, li ka kenbe pèfòmans sik ki estab menm apre plis pase 200,000 fwa nan koube dinamik ak 25,000 fwa nan distòsyon dinamik.

Plis rechèch montre ke selil inite silendrik reyini an ka kenbe tèt ak deformation ki pi grav ak konplèks. Apre plis pase 100,000 etann dinamik, 20,000 tòde, ak 100,000 deformation koube, li ka toujou reyalize yon gwo kapasite ki gen plis pase 88% - pousantaj retansyon. Se poutèt sa, LIB fleksib yo pwopoze nan papye sa a bay yon pwospè masiv pou aplikasyon pratik nan elektwonik portable.

En rechèch

1) LIB fleksib, enspire pa jwenti imen, ka kenbe pèfòmans sik ki estab anba koube, trese, etann, ak likidasyon deformation;

(2) Avèk yon batri kare fleksib, li ka reyalize yon dansite enèji ki rive jiska 371.9 Wh / L, ki se 92.9% batri tradisyonèl mou-pake;

(3) Diferan metòd likidasyon ka chanje fòm pil batri a epi bay batri a ase deformabilite.

Gid grafik

Rechèch yo montre ke, anplis asire gwo volim enèji dansite ak deformation pi konplèks, konsepsyon estriktirèl la dwe evite tou deformation plastik pèseptè aktyèl la. Simulation nan eleman fini montre ke metòd ki pi bon nan pèseptè aktyèl la ta dwe anpeche pèseptè aktyèl la gen yon ti reyon koube pandan pwosesis la koube pou fè pou evite deformation plastik la ak domaj irevokabl nan pèseptè aktyèl la.

Figi 1a montre estrikti jwenti imen yo, kote konsepsyon sifas koube pi gwo ak malen ede jwenti yo vire san pwoblèm. Ki baze sou sa a, Figi 1b montre yon anod tipik grafit / dyafram / ityòm cobaltate (LCO), ki ka blese nan yon estrikti pil kare epè. Nan junction a, li konsiste de de pil epè rijid ak yon pati fleksib. Sa ki pi enpòtan, pil la epè gen yon sifas koube ekivalan a kouvèti zo jwenti a, ki ede presyon tanpon epi li bay kapasite prensipal batri fleksib la. Pati elastik la aji kòm yon ligaman, konekte pil epè ak bay fleksibilite (Figi 1c). Anplis de likidasyon nan yon pil kare, pil ak selil silendrik oswa triyangilè ka fabrike tou pa chanje metòd la likidasyon (Figi 1d). Pou LIB fleksib ak inite depo enèji kare, segman ki konekte yo pral woule sou sifas ki gen fòm arc nan pil la epè pandan pwosesis la koube (Figi 1e), kidonk siyifikativman ogmante dansite enèji nan batri fleksib la. Anplis de sa, atravè enkapsulasyon polymère elastik, LIB fleksib ak inite silendrik ka reyalize pwopriyete stretchable ak fleksib (Figi 1f).

Figi 1 (a) Konsepsyon inik ligaman koneksyon ak sifas koube esansyèl pou reyalize fleksibilite; (b) Dyagram eskematik estrikti batri fleksib ak pwosesis fabrikasyon; (c) zo koresponn ak pile elektwòd pi epè, ak ligaman koresponn ak dewoule (D) estrikti batri fleksib ak selil silendrik ak triyangilè; (e) Anpile dyagram chematik selil kare; (f) Detire deformation nan selil silendrik.

Pli lwen itilizasyon analiz simulation mekanik konfime estabilite estrikti batri fleksib la. Figi 2a montre distribisyon an estrès nan kwiv ak papye aliminyòm lè bese nan yon silenn (180 ° radian). Rezilta yo montre ke estrès nan kwiv ak papye aliminyòm se pi ba anpil pase fòs sede yo, ki endike ke deformation sa a pa pral lakòz deformation plastik. Pèseptè metal aktyèl la ka evite domaj irevokabl.

Figi 2b montre distribisyon an estrès lè degre nan koube ogmante plis, ak estrès nan papye kwiv ak papye aliminyòm se tou mwens pase fòs sede korespondan yo. Se poutèt sa, estrikti a ka kenbe tèt ak deformation plisman pandan w ap kenbe bon rezistans. Anplis deformation koube, sistèm nan ka reyalize yon sèten degre deformation (Figi 2c).

Pou pil ak inite silendrik, akòz karakteristik sa yo nannan nan sèk la, li ka reyalize deformation pi grav ak konplèks. Se poutèt sa, lè batri a ki plwaye a 180o (Figi 2d, e), lonje apeprè 140% nan longè orijinal la (Figi 2f), ak trese a 90o (Figi 2g), li ka kenbe estabilite mekanik. Anplis de sa, lè koube + trese ak likidasyon deformation yo aplike separeman, estrikti a LIBs ki fèt pa pral lakòz irevokabl deformation plastik nan pèseptè metal aktyèl la anba divès deformation grav ak konplèks.

Figi 2 (ac) Rezilta simulation eleman fini nan yon selil kare anba koube, pliye, ak trese; (di) Rezilta simulation eleman fini nan yon selil silendrik anba koube, plisman, etann, trese, koube + trese ak likidasyon.

Pou evalye pèfòmans elektwochimik batri fleksib ki fèt, yo te itilize LiCoO2 kòm materyèl katod pou teste kapasite egzeyat ak estabilite sik la. Jan yo montre nan Figi 3a, kapasite egzeyat batri a ak selil kare pa siyifikativman redwi apre avyon an defòme pou pliye, bag, pliye, ak trese nan 1 C agrandisman, ki vle di ke deformation mekanik la pa pral lakòz konsepsyon an nan. batri a fleksib yo dwe electrochemically Pèfòmans gout. Menm apre koube dinamik (Figi 3c, d) ak Torsion dinamik (Figi 3e, f), epi apre yon sèten kantite sik, platfòm la chaje ak egzeyat ak pèfòmans long-sik pa gen okenn chanjman aparan, ki vle di ke estrikti a entèn nan batri a byen pwoteje.

Figi 3 (a) Tès chaj ak egzeyat batri inite kare anba 1C; (b) Koub chaj ak egzeyat nan diferan kondisyon; (c, d) Anba koube dinamik, pèfòmans sik batri ak chaj korespondan ak koub egzeyat; (e, f) Anba torsion dinamik, pèfòmans sik batri a ak koub chaj-egzeyat ki koresponn lan anba sik diferan.

Rezilta analiz simulation yo montre ke gras a karakteristik nannan sèk la, LIB fleksib ak eleman silendrik ka kenbe tèt ak deformation plis ekstrèm ak konplèks. Se poutèt sa, yo demontre pèfòmans elektwochimik nan LIB fleksib nan inite a silendrik, tès la te pote soti nan yon pousantaj de 1 C, ki te montre ke lè batri a sibi deformation divès kalite, prèske pa gen okenn chanjman nan pèfòmans nan elektwochimik. Deformation a pa pral lakòz koub vòltaj la chanje (Figi 4a, b).

Pou plis evalye estabilite elektwochimik batri silendrik la ak rezistans mekanik, li sibi batri a nan yon tès chaj dinamik otomatik nan yon pousantaj de 1 C. Rechèch montre ke apre etann dinamik (Figi 4c, d), Torsion dinamik (Figi 4e, f) , ak dinamik koube + Torsion (Figi 4g, h), pèfòmans nan sik chaj-egzeyat batri ak koub vòltaj ki koresponn lan pa afekte. Figi 4i montre pèfòmans yon batri ak yon inite depo enèji kolore. Kapasite egzeyat la dekonpoze soti nan 133.3 mAm g-1 a 129.9 mAh g-1, ak pèt kapasite pou chak sik se sèlman 0.04%, ki endike ke deformation pa pral afekte estabilite sik li yo ak kapasite egzeyat.

Figi 4 (a) Tès sik chaj ak egzeyat diferan konfigirasyon selil silendrik nan 1 C; (b) Korespondan chaj ak egzeyat koub batri a nan diferan kondisyon; (c, d) Pèfòmans sik ak chaj batri a anba tansyon dinamik Koub egzeyat; (e, f) pèfòmans sik batri a anba torsion dinamik ak koub chaj-egzeyat ki koresponn lan anba sik diferan; (g, h) pèfòmans sik batri a anba koube dinamik + Torsion ak koub chaj-egzeyat ki koresponn lan anba sik diferan; (I) Tès chaj ak egzeyat pil inite prismatik ak konfigirasyon diferan nan 1 C.

Pou evalye aplikasyon an nan batri fleksib devlope nan pratik, otè a sèvi ak pil plen ak diferan kalite inite depo enèji nan pouvwa kèk pwodwi elektwonik komèsyal yo, tankou ekoutè, smartwatch, mini fanatik elektrik, enstriman kosmetik, ak telefòn entelijan. Tou de se ase pou itilize chak jou, konplètman enkòpore potansyèl aplikasyon an nan divès kalite pwodwi elektwonik fleksib ak portable.

Figi 5 aplike batri ki fèt nan ekoutè, smartwatch, mini fanatik elektrik, ekipman kosmetik, ak smartphones. Batri fleksib la bay pouvwa pou (a) kask, (b) smartwatch, ak (c) mini fanatik elektrik; (d) founi kouran pou ekipman kosmetik; (e) anba diferan kondisyon deformation, batri fleksib bay pouvwa pou smartphones.

Rezime ak pespektiv

An rezime, atik sa a enspire pa estrikti jwenti imen an. Li pwopoze yon metòd konsepsyon inik pou fabrike yon batri fleksib ak dansite enèji segondè, deformabilite miltip, ak rezistans. Konpare ak LIB tradisyonèl fleksib, nouvo konsepsyon sa a ka efektivman evite deformation plastik pèseptè metal aktyèl la. An menm tan an, sifas koube yo rezève nan tou de bout nan inite depo enèji ki fèt nan papye sa a ka efektivman soulaje estrès lokal la nan eleman yo konekte. Anplis de sa, diferan metòd likidasyon ka chanje fòm nan pil la, bay batri a ase deformabilite. Batri fleksib montre estabilite sik ekselan ak rezistans mekanik gras a konsepsyon roman an e li gen kandida aplikasyon vaste nan divès kalite pwodwi elektwonik fleksib ak portable.

Lyen literati

Konsepsyon estriktirèl moun ki enspire jwenti pou batri pliable / pliable / extensible / twistable: reyalize deformabilite miltip. (Enèji anviwònman. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)