柔性钠离子全电池最新进展

small科技的进步日新月异,人们对便携化、娱乐化、健康化的便携式电子设备不断追求,促使其相应的储能器件向着高比能、质轻、柔软、清洁安全等方向发展。传统的锂\钠离子电池存在厚重、不易弯曲、比能量较低等缺点,不适合作为未来柔性电子器件的电源。因此,开发高比能,质轻、柔软的新型电极材料和储能器件是当务之急。

新型的柔性自支撑复合电极在很大程度避免使用了粘结剂和导电剂,不但节约了资源,降低了成本,也简化了生产工艺。集流体的节省,大幅度的降低了成品电池的质量,提高了电池的质量比能量。活性物质与自支撑基底间的结合能力远超过传统的涂布法,所以,柔性自支撑电极材料在结构稳定性和导电性方面均具有明显的优势。

最近,华中科技大学动力与储能实验室胡先罗教授、黄云辉教授及其研究团队在柔性钠离子电池方面取得重要进展。在无水乙醇体系中,通过简单、快捷的“络合-涂膜-还原”三步法制备出大面积的负极Sb-rGO和正极Na3V2(PO4)3-rGO (NVP-rGO) 柔性自支撑薄膜电极材料。该方法具有设计性、普适性和易操作性,得到的薄膜材料柔韧性和机械性能非常好。Sb-rGO和NVP-rGO柔性自支撑薄膜是由超薄石墨烯层与超细的Sb和NVP纳米颗粒形成 “层层包埋” 的三维分级结构。纳米粒子与石墨烯的亲密结合形成了一个依附性和电子传导性非常优异的相互联通的网络,整体上改善了电极材料整体的电导率。材料本身多孔结构的存在,有效的增大了电极材料整体的电化学活性位点,缩短了电子和Na+的传输距离。另外,“层层包埋”的特殊结构能有效地抑制充放电过程中电极材料的体积膨胀,从而显著地提高了NVP@rGO和Sb@rGO柔性薄膜复合材料做为钠离子电池正负极材料时电池的可逆比容量,循环稳定性和倍率性能。最具意义的是,在不使用集流体、导电剂、粘结剂的情况下,NVP@rGO和Sb@rGO柔性薄膜直接做为正负材料组装成柔性钠离子全电池。全电池能轻易的点亮商用的LED灯。在0.7–3.5 V电压范围内,电流密度为100 mA g−1条件下充放电进行100圈后,全电池的放电比容量仍然有400 mAh g–1

作为一个探索者,他们证明新型柔性钠离子电池电极材料高比能,长循环、柔软,质轻和大规模制备的可行性。全柔性电池的组装和测试,也将会对新一代便携式存储器件、可弯曲的电子器件和可穿戴的光电子器件的发展提供一些思路。相关工作发表在Small上

该工作得到了“863”和“国家自然科学基金”的资助。