柔性電池設(shè)計(jì)一體化雙極型結(jié)構(gòu)

中國科學(xué)院物理研究所 / 北京凝聚態(tài)物理國家研究中心清潔能源實(shí)驗(yàn)室 E01 組研究人員，為柔性電池設(shè)計(jì)了一體化的雙極型結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于可充鋁電池中，該設(shè)計(jì)充分結(jié)合了碳 / 聚乙烯膜的柔性和雙極型結(jié)構(gòu)的低內(nèi)阻、高能量密度的優(yōu)勢，具有較好的耐腐蝕性和易操作性，展現(xiàn)出了良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和柔性，并可以直接做成表帶為 4V 商用電子表供電。

可穿戴電子器件和柔性屏的蓬勃發(fā)展推動著對先進(jìn)柔性儲能器件的不斷研究。為了滿足柔性和便攜性的雙重要求，柔性電池需要在電極材料選取和電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上同時(shí)具備良好的柔性、高能量密度和較好的安全性能。

圖 1. 可穿戴的雙極型電池示意圖

圖源：中國科學(xué)院物理研究所 下同

圖 2 。 采用碳 / 聚乙烯膜的單層可充鋁電池電化學(xué)性能

圖 3.4V 雙極型可充鋁電池電化學(xué)性能

圖 4.10V 雙極型可充鋁電池電化學(xué)性能

目前大部分柔性電池的研究主要針對柔性材料和組件的開發(fā)，在電池整體結(jié)構(gòu)上仍舊沿襲傳統(tǒng)單極型設(shè)計(jì)，并且為了維持電池整體的柔性、導(dǎo)電性和連接性，往往引入大量額外的非活性組件，致使電池能量密度大大降低。鑒于此，針對可穿戴電池的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行電池結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)尤為重要。此次中科院在可穿戴雙極型可充鋁電池研究獲重要進(jìn)展，有望再次推動可穿戴迎來進(jìn)一步發(fā)展。

此外，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以組裝成 10V 雙極型可充鋁電池，可為商用工作電壓為 9V 的 LED 燈持續(xù)供電，且其體積僅為串聯(lián)的傳統(tǒng)單極型電池的 54%，為高能量密度柔性電池的開發(fā)提供了新思路。

據(jù)悉，該研究結(jié)果以 Wearable Bipolar Rechargeable Aluminum Battery 為題發(fā)表在 ACS Materials Letters 上。相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018YFB0104400）、國家自然科學(xué)基金（51872322）和殼牌公司（PT76419）的支持。