被Science Highlight的锂空气二次电池

因其质量轻、可弯曲、可折叠等优点,柔性电子器件必将彻底变革消费电子、汽车、航空航天、医学等众多产业。为实现“柔性电子社会”,发展与其相匹配的具有高能量密度的、柔性二次储能器件显得尤为重要。虽然目前柔性锂离子电池、太阳能电池、超级电容器等在柔性储能器件的研发上已经取得一系列令人瞩目的进展。然而他们较低的理论能量密度,使其在本质上无法满足下一代柔性储能设备的需求。

作为新一代的储能设备的锂空气二次电池,具有高达3600 Wh/kg的理论能量密度,能够很好的满足柔性电子产品的需要。虽然锂空气电池具有较高的应用价值,但也存在一定问题,例如常用的液态电解液易泄露,水分侵入电池并腐蚀负极金属锂,传统隔膜在反复弯曲过程中易破碎导致电池短路等,会显著降低锂空气电池的安全性,成为锂空气电池发展中亟待解决的关键问题。因此,设计和开发具有优良的防水性、空间利用率、机械强度的柔性锂空气电池,对促进这一先进技术的实际应用是至关重要的。

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中国科学院长春应用化学研究所张新波研究员及其团队,利用自支撑柔性凝胶聚合物电解质保护负极金属锂和商业碳材料(Super P)负载的碳布作为柔性正极,制备了新型缆式防水柔性锂空气电池。该电池可以任意弯曲,即使在弯曲数千次后仍能完全恢复,展现出良好的柔性和机械稳定性。更为重要的是,由于该凝胶聚合物电解质具有优越的疏水性和较高的离子电导率,使得该电池即使部分浸在水中仍能运行一段时间,极大地提高了锂空气电池的安全性。此外, 这一缆式防水柔性锂空气电池还表现出优越的电化学性能,包括高比能量, 良好的倍率性能,和优异的循环稳定性。

我们相信,该缆式防水柔性锂空气电池为促进锂空气电池应用于柔性电子铺平了道路,为制备其他高性能柔性电子器件提供了新的思路。相关论文在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201600540)上,并被Science期刊专文以“Flexible lithium-air batteries could power next-generation wearable electronics”为题进行了介绍(http://www.sciencemag.org/news/2016/05/flexible-lithium-air-batteries-could-power-next-generation-wearable-electronics)。

 

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