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
隨著智能穿戴設備技術的發(fā)展，人們對電池的柔韌性、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纖維，甚至可做成衣服呢？
圖丨柔性鋰離子纖維電池（來源：MIT）
近日，麻省理工學院（MIT）團隊就實現(xiàn)了上述成果，他們成功地開發(fā)出世界上最長的柔性纖維電池，厚度幾百微米，長 140 米，并且放電容量達 123毫安 （mAh）、放電能量約 217 毫瓦時（mWh）。
2021 年 12 月 20 日，相關論文以《熱拉伸可充電電池纖維可實現(xiàn)無處不在的電力》（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力，給可穿戴電子設備提供了更多選擇。
該論文的通訊作者、慶熙大學生命科學學院教授鄭泰利（Jung Tae Lee）在接受媒體采訪時表示：“我們的方法的優(yōu)點是，可以在一根單獨的纖維中嵌入多個設備。這跟其他需要整合多個光纖設備的方法不同。當我們整合這些含有多設備的纖維時，集合體將推進緊湊型織物計算機的實現(xiàn)?！?/span>
動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)沒有電解液損失和短路（來源：Materials Today）
該研究首次使用熱拉伸的方法，實現(xiàn)了在保護性柔性包殼內同時容納多種復雜的電活性凝膠、顆粒和聚合物。熱拉伸工藝的另一個優(yōu)點是，可以在不改變預制模的情況下，通過改變絞盤速度來控制纖維的橫向尺寸。
由新型電池凝膠以及標準纖維拉伸系統(tǒng)制造，該系統(tǒng)始于一個圓柱體，該圓柱體中包含所有組件，然后將其加熱至略低于其熔點。研究人員將該材料從狹窄的開口拿出來，他們發(fā)現(xiàn)所有零件是原始直徑的幾分之一，與此同時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展為 2D 和 3D 柔性多維電子產品（來源：Materials Today）
此前該領域的相關研究多為可編織、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品使用，但缺點是其依賴外部電源，無法自供電。
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、傳感和計算設備？
動圖丨由于凝膠電極和凝膠電解質，熱拉伸纖維電池（右）是耐火的，而帶有液體電解質的控制纖維電池（左）會立即著火并膨脹（來源：Materials Today）
該論文第一作者、MIT電子研究實驗室博士后助理研究員圖拉爾·胡迪耶夫（Tural Khudiyev）說道：“當我們將活性材料嵌入纖維內部時，這意味著敏感的電池部件已經有了良好的密封性。并且由于所有的活性材料都整合得非常好，所以它們不會改變它們的位置?！?/span>
MIT 團隊研發(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，具備可機洗、靈活、可在水下使用且防火/破裂安全等優(yōu)點。
不僅如此，這種纖維電池還實現(xiàn)了 3D 打印“一步到位”。除了電池的纖維外觀，纖維內部還具備了各種金屬、活性材料等。“這是纖維電池設備的首次 3D 打印?！眻D拉爾·胡迪耶夫說道。
圖丨二維電子產品中的熱拉伸纖維電池（來源：Materials Today）
該團隊通過不同的可充電纖維電池方案展示了為潛艇無人機、Li-Fi （Light Fidelity）織物和飛行無人機通信提供電力，這為電池自供電電子產品的發(fā)展奠定了良好的基礎。
德國明斯特大學物理化學教授馬丁·溫特（Martin Winter）認為該研究非常有創(chuàng)意，他表示：“新電池單元的形狀靈活性可滿足以前無法實現(xiàn)的設計和應用，現(xiàn)在大多數(shù)關于電池的研究著眼于電網存儲和電動汽車，這是與主流的一個很好的偏離。”
該纖維電池的長度并未到達極限，該團隊表示，未來有望進一步提升至 1000 米以上。下一步，該團隊將致力于研究如何將電池效率和功率容量進一步提升。此外，該技術已申請相關專利，他們希望該技術能在幾年內進行產業(yè)化落地。
來源：南極熊3D打印網?https://www.nanjixiong.com/thread-151782-1-1.html
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