Advanced Energy Materials:兴利除弊—实现高性能织物基柔性电化学储能器件

柔性、高能量密度电化学储能器件对驱动便携式、可穿戴电子器件至关重要。然而,传统锂离子电池和电容器需要采用叠层的电极结构,并使用坚硬的金属箔作为集流体,这极大地影响了储能器件的柔韧性。近期研究表明,将电极材料涂覆在织物基底制备织物复合电极可以有效地提高电化学储能器件的柔性与电化学性能。织物具备比表面积大、重量轻、柔性、材料和结构多样性以及制备成本低等特点。除此之外,其天然的透气性、透水性也保障了织物基电化学储能器件的穿着舒适性,进而为其在柔性、可穿戴电子领域里提供了广阔的应用空间。

近日,香港理工大学郑子剑教授团队概述了织物复合电极在柔性电化学储能器件中的研究与进展。作者仔细对比了织物复合电极与传统金属箔电极在制备方法、电极结构上的区别,深入讨论了织物复合电极在机械性能与电化学性能方面的优势(优良的弯曲特性、高面容量、高倍率性以及循环稳定性),详尽介绍了织物基电化学储能器件的结构(软包袋装器件与纤维状器件)以及其在柔性、可穿戴电子系统中的集成方法(外部扩展、内部嵌入、以及纱线电极直接集成法)。与此同时,作者阐明了织物复合电极目前仍面临的诸如低电导率、低拉伸强度,以及器件的低能量密度等技术挑战,并指明了其未来的研究与发展方向。具体包括i)利用金属化纤维制备孔径、结构均可调的轻、薄、低电阻、高强度的织物集流体;ii)采用具有高理论容量的电极材料制备织物复合电极;iii)利用水系或者固态电解质制备织物基柔性电化学储能器件,以期同时提高储能器件的安全特性和能量密度。相关结果发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202002838)上,并同时入选Wiley-VCH数据库“Hot Topic: Batteries and Supercapacitors”,“Hot Topic: Flexible Electronics”两项热点主题论文。