一组研究人员在AngewandteChemieInternationalEdition杂志上报告称,电极芯中的超细编织线提高了锂离子电池的能量密度。这种电池可以整合到功能性纺织品中,并在我们佩戴时为智能手机和其他电子设备供电。新的编织集电器结构取代了单一的连续电线,改善了电极内的离子传输,增加了电荷密度。
从智能手机到电动汽车,锂离子电池(LIB)无处不在。我们知道它们是由一堆笨重或圆柱形设计的电极制成的。一种新颖的电池变体将堆叠缩小到由两条相互缠绕的长电极纤维组成的线的尺寸。这些非常轻便的纤维电池(FLIB)被编织到织物中,可以为可穿戴电子设备供电。纤维电池被宣布为2022年IUPAC十大新兴化学技术之一。
然而,在使用纤维电池为帐篷、功能性服装等供电之前,有一个问题需要解决——尤其是在长纤维中,能量密度太低而无法使用。HuishengPeng和复旦大学(中国)的一组研究人员现已发现,重新设计电极的集电器可以解决这个问题。
该团队决定用由几条更细的金属线制成的编织物代替石墨电极内的集电器,它是一根连续的细金属线。为了生产编织物,他们从纺锤上解开几根超细金属线并将它们编织成一根中央编织线,然后在整个电极上涂上石墨。
新的编织电流收集器与连续电线一样稳定,但可以通过与石墨相互作用来增加能量密度。正如该团队解释的那样,“设计的编织结构导致充满活性材料的通道,减少了对锂离子传输的阻碍并提高了活性材料的负载能力。”
这种增加的能量密度也在测试中得到证明:生产了一种机织纺织品,其中包含40个一米长的带有编织集电器的FLIB。这种基于FLIB的纺织品能够为智能手机充电30%至57%,而使用连续集电导线的传统FLIB设计只能达到52%。
这种效率的提高是通过相对简单地改变集电器的设计来实现的。这对于必须坚固、稳定且轻便的长纤维电池尤为重要。