中科院電工研究所研究員王凱團(tuán)隊(duì)在高性能柔性儲(chǔ)能器件制備技術(shù)方面取得新進(jìn)展，開發(fā)出一種高比能柔性固態(tài)鋰離子電容器的規(guī)模化制備技術(shù)。此項(xiàng)研究工作由該研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)家納米科學(xué)中心、大連清潔能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院化學(xué)研究所、武漢理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)共同完成。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

隨著可穿戴智能設(shè)備在運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，發(fā)展與之相適應(yīng)的柔性可彎曲電化學(xué)儲(chǔ)能器件成為一項(xiàng)重要需求。但柔性儲(chǔ)能器件一般采用化學(xué)/物理沉積、組裝、微鈉加工等特殊工藝制備，限制了材料的選擇和使用，導(dǎo)致柔性器件的比能量和力學(xué)柔性兩者難以兼得。此外，這些特殊工藝無(wú)法與當(dāng)前商業(yè)化電池/超級(jí)電容器的生產(chǎn)過(guò)程兼容，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。

為了提高材料的電荷存儲(chǔ)性能，研究團(tuán)隊(duì)采用自蔓延高溫合成方法，快速(秒級(jí))、低能耗、宏量制備出氮雜多級(jí)次碳。該多級(jí)次結(jié)構(gòu)使得這種碳材料作為鋰電負(fù)極時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的可逆比容量。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步活化，氮雜多級(jí)次碳轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓榭椎牡s碳正極，其導(dǎo)電率、對(duì)鋰的比電容等指標(biāo)都有顯著提升。基于這些材料，研究者制備出的鋁塑封裝的鋰離子電容器，展現(xiàn)出優(yōu)異的能量密度和長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)出一種對(duì)輥壓印技術(shù)，使得剛性鋁塑鋰離子電容器形成波浪狀結(jié)構(gòu)，提供了器件彎折/伸縮的空間，有效降低了器件彎折應(yīng)力。經(jīng)過(guò)數(shù)千次彎折，波浪狀鋰離子電容器的容量幾乎無(wú)衰減，實(shí)現(xiàn)了鋁塑電池/超級(jí)電容器的柔性化，并且與常規(guī)制備工藝兼容，提供了一種規(guī)模化制備柔性儲(chǔ)能器件的方法。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1002/adma.202005531