上海复旦大学首次制备出纤维状碳纳米管锂离子电池

纤维状锂离子电池可以编织成衣服，为可穿戴电子产品供电。美国化学学会提供

从谷歌眼镜最近发布的新产品和苹果iWatch智能手表即将上市来看，可穿戴电子产品很可能会掀起下一波新技术浪潮。为了解决这类产品的供电问题，中国复旦大学和上海的研究人员首先制备了一种基于碳纳米管（CNT）的纤维状锂离子电池，该电池可以灵活地编织成高性能的柔性能源纺织品。这项研究结果发表在最新一期的《纳米快报》上。

从头显到生物医学监测，可穿戴电子产品可以提供许多先进的功能，并且对电池有很高的要求，这些电池不仅体积小、重量轻，而且具有满足设备许多功能所需的强大能量。因此，可穿戴电子产品最大的技术瓶颈是电池。

据物理学家组织网5月27日报道，新设计和组装的碳纳米管（CNT）复合纱线可以牢固地缠绕成棉纤维，制成高性能锂离子电池。纤维直径约为1毫米，可编织成柔性织物或布，与柔性可穿戴电子设备兼容。

参与这项研究的翁伟，说：“这种电源可以直接无缝集成到可穿戴电子产品中是非常必要的。因为它需要灵活地编织到衣服中，所以纤维电源是最理想的。虽然这是首次实现碳纳米管纤维锂离子电池，但它显示出非常好的电化学性能，包括0.75的高能量密度MWh/cm2，并且在100次使用循环之后，电池保持容量达到87%。"

设计纤维锂离子电池的最大挑战之一是众所周知的硅膨胀问题。在充电/放电过程中，会发生化学反应，硅的体积会发生高达300%的巨大变化。为了适应这种情况，研究人员引入碳纳米管来制造复合碳纳米管/硅纱线阳极。碳纳米管有效地缓冲了硅的体积变化并使其固化。如果没有这种混合结构，硅的膨胀会使其剥落，导致电池损坏。

对于阴极材料，研究人员使用碳纳米管和锰酸锂，它们具有高稳定性、高工作电压和低成本的优点。通过将由凝胶电解质分离的阳极和阴极的CNT基纱线缠绕到棉纤维中，这种锂离子电池可以编织成柔性织物。

此前，研究人员曾试图制造超级电容器纤维，但由于锂离子电池纤维很难制造，他们没有过多关注。然而，锂离子电池具有一些优点，例如更高的能量密度和更低的自放电损耗。与超级电容器相比，它们为通用可穿戴电子设备提供了更好的选择。研究人员解释说，在这方面，目前的工作是在先前研究的基础上改进的，但仍有进一步改进的空间。

研究人员表示：“2012年有报道称，锂离子电池使用铜线作为骨架，形状像电缆。效果很好，但由于这种电池直径大，使用液体电解质，重量重，可能不适合编织成能源纺织品。目前，碳纳米管纤维用作骨架，密度接近铜的1/9，凝胶电yte用于确保安全。此外，复合纱线的阳极和阴极由碳纳米管纤维和活性材料制成，直径为100μm，仅为电缆电池阳极的1/10，因此这种纤维电池与服装用聚合物纤维兼容，实现了高性能电池。"

未来，研究人员计划在各个领域进一步改进这种纤维电池。研究人员表示：“首先，提高性能，如产能和循环寿命；其次，大规模生产；

第三，其他功能将被合并，如拉伸、颜色变化和自我力量。"

纤维状锂离子电池可以编织成衣服，为可穿戴电子产品供电。美国化学学会提供

从谷歌眼镜最近发布的新产品和苹果iWatch智能手表即将上市来看，可穿戴电子产品很可能会掀起下一波新技术浪潮。为了解决这类产品的供电问题，中国复旦大学和上海的研究人员首先制备了一种基于碳纳米管（CNT）的纤维状锂离子电池，该电池可以灵活地编织成高性能的柔性能源纺织品。这项研究结果发表在最新一期的《纳米快报》上。

从头显到生物医学监测，可穿戴电子产品可以提供许多先进的功能，并且对电池有很高的要求，这些电池不仅体积小、重量轻，而且具有满足设备许多功能所需的强大能量。因此，可穿戴电子产品最大的技术瓶颈是电池。

据物理学家组织网5月27日报道，新设计和组装的碳纳米管（CNT）复合纱线可以牢固地缠绕成棉纤维，制成高性能锂离子电池。纤维直径约为1毫米，可编织成柔性织物或布，与柔性可穿戴电子设备兼容。

参与这项研究的翁伟，说：“这种电源可以直接无缝集成到可穿戴电子产品中是非常必要的。因为它需要灵活地编织到衣服中，所以纤维电源是最理想的。虽然这是首次实现碳纳米管纤维锂离子电池，但它显示出非常好的电化学性能，包括0.75的高能量密度MWh/cm2，并且在100次使用循环之后，电池保持容量达到87%。"

设计纤维锂离子电池的最大挑战之一是众所周知的硅膨胀问题。在充电/放电过程中，会发生化学反应，硅的体积会发生高达300%的巨大变化。为了适应这种情况，研究人员引入碳纳米管来制造复合碳纳米管/硅纱线阳极。碳纳米管有效地缓冲了硅的体积变化并使其固化。如果没有这种混合结构，硅的膨胀会使其剥落，导致电池损坏。

对于阴极材料，研究人员使用碳纳米管和锰酸锂，它们具有高稳定性、高工作电压和低成本的优点。通过将由凝胶电解质分离的阳极和阴极的CNT基纱线缠绕到棉纤维中，这种锂离子电池可以编织成柔性织物。

此前，研究人员曾试图制造超级电容器纤维，但由于锂离子电池纤维很难制造，他们没有过多关注。然而，锂离子电池具有一些优点，例如更高的能量密度和更低的自放电损耗。与超级电容器相比，它们为通用可穿戴电子设备提供了更好的选择。研究人员解释说，在这方面，目前的工作是在先前研究的基础上改进的，但仍有进一步改进的空间。

研究人员表示：“2012年有报道称，锂离子电池使用铜线作为骨架，形状像电缆。效果很好，但由于这种电池直径大，使用液体电解质，重量重，可能不适合编织成能源纺织品。目前，碳纳米管纤维用作骨架，密度接近铜的1/9，凝胶电yte用于确保安全。此外，复合纱线的阳极和阴极由碳纳米管纤维和活性材料制成，直径为100μm，仅为电缆电池阳极的1/10，因此这种纤维电池与服装用聚合物纤维兼容，实现了高性能电池。"

未来，研究人员计划在各个领域进一步改进这种纤维电池。研究人员表示：“首先，提高性能，如容量和循环寿命；其次，大规模生产；第三，其他功能将被合并，如拉伸、变色和自供电。”

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