Advanced Energy Materials:可拉伸能源储存器件:从材料选择、结构设计到器件组装

近年来,由于在人造器官、电子皮肤和医疗保健监控等方面的广泛潜在应用,可穿戴电子设备引起了极大关注并取得了快速发展。然而,作为可穿戴电子设备系统的核心之一,可拉伸能源储存器件一直发展缓慢。如何制备能量密度高、可拉伸性能优良、稳定性好、组装简易、低成本的可拉伸能源储存器件是目前面临的最大挑战。

新加坡南洋理工大学李佩诗教授和香港城市大学支春义教授课题组共同合作总结了可拉伸结构的设计、可拉伸电极和电解质隔膜的制备以及可拉伸能源储存器件的组装,为设计和改进可拉伸储能器件提供了全面的知识。相比于可拉伸超级电容器,可拉伸电池能量密度高但是组装制备过程相对复杂。因此,需要考虑如何获得高能量密度的可拉伸储能器件同时制备过程简易成本低廉。文中重点介绍了可拉伸锂基和锌基水系和非水系电池的优缺点和面临的问题。主要问题是在拉伸过程中电极的破裂和电极与电解液隔膜之间的分离,将直接导致界面阻抗的增高、有效接触面积的减少和活性物质利用率降低, 进而影响储能器件的能量密度和循环性能。在电极材料引入氢键或者共价键、添加粘结剂和表面处理可拉伸基底都可以有效改善电极破裂和电极与隔膜分离的问题。另一方面,在可拉伸储能器件中引入其他功能,例如光学透明性、电致变色、自愈性、生物可降解性、形状记忆和温度耐受性,制备多功能器件也是未来能源存储的一个重要发展方向。然而,将多种功能整合到可拉伸储能器件当中无疑会进一步增加其制备的复杂性,能量密度,稳定性和可拉伸性能也会受到影响。最后,文中总结了当前可拉伸储能器件面临的挑战并指出了未来发展方向。

相关工作在线发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202003308)上。