采用聚合物凝胶电解质的高性能纤维电池

原文：High-performance fibre battery with polymer gel electrolyte

这是一篇关于高性能纤维锂离子电池（FLB）的学术论文，主要介绍了通过设计电极中的通道结构，将聚合物凝胶电解质与电极紧密结合，从而显著提升纤维锂离子电池的电化学性能和安全性。以下是对这些核心内容的简要概述：

1. 研究背景与挑战：

• 背景：液态电解质替代为聚合物凝胶电解质是解决可穿戴电池安全问题和提高柔韧性的有效途径。
• 挑战：聚合物凝胶电解质与电极之间的界面接触不良，导致电化学性能差，尤其是在电池变形时。

  2. 电极通道结构设计：

• 设计策略：通过旋转多个电极纤维形成对齐通道，并在每个电极纤维表面设计网络通道。
• 制造过程：首先将单体溶液沿对齐通道有效渗透，然后进入网络通道，随后进行聚合形成凝胶电解质，与电极形成紧密且稳定的界面。

  3. 高性能纤维锂离子电池（FLB）的特性：

• 电化学性能：FLB表现出高能量密度（约128 Wh kg⁻¹）和高倍率性能（每绕组单位3600 mAh⁻¹）。
• 极端条件下的稳定性：在-40℃至80℃的温度范围内和-0.08 MPa的真空条件下，FLB能安全稳定工作。

  4. 连续生产与纺织集成：

• 连续生产：通过工业生产线连续生产数百至数千米长的FLB，生产速率高达3600 m h⁻¹。
• 纺织集成：将FLB编织成50 cm × 30 cm的纺织物，提供2975 mAh的输出容量。

  5. 电化学性能测试：

• 循环稳定性：FLB在1000次充放电循环后容量保持率为87.7%，库伦效率为99.6%。
• 变形稳定性：经过10万次弯曲、扭曲和拉伸循环后，电阻变化小于10%。

  6. 实际应用展示：

• 消防和太空探索：FLB纺织品在消防服和太空探索设备中展示出高稳定性和安全性。
• 极端环境测试：在冰冻、煮沸和切割等极端条件下，FLB纺织品仍能稳定供电。

  7. 安全性能：

• 国家标准测试：FLB纺织品通过了国家标准的放电、充电、高电流放电和高电流充电等安全测试，无泄漏、燃烧或爆炸现象。
• 耐用性：经过100次洗涤和10000次磨损循环后，FLB纺织品的比容量几乎不变。

这篇文章为高性能纤维锂离子电池的设计与制造提供了新的策略，通过创新的通道结构设计，显著提升了电池的电化学性能和安全性，并通过实际应用展示了其在可穿戴设备和极端环境中的潜力。