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穩定實用的纖維鋰離子電池

近些年小型、便捷電子設備發展迅猛,而大體積、剛性的能源設備不能滿足這些設備的要求。為匹配這些微型設備,能源設備向著微型的方向發展。與平板夾層的電池相比,線性纖維鋰離子電池具有靈活多變的特點。纖維鋰離子電池體積小、適應性強和可編織性強,然而制備適合的纖維電極需要先進的技術。

圖1 TiO2/ rGO纖維簡明合成流程圖

蘇州大學耿鳳霞課題組的研究工作者,將TiO2加工成納米片,通過濕法紡織技術合成納米纖維。TiO2納米片和還原石墨烯(rGO)堆積共沉淀,成為高效集流體,同時TiO2/rGO纖維電極具有超高的機械強度和優良的電化學性能。

圖2 (a) 半電池簡明示意圖 (b) 電壓容量圖 (c) 倍率圖 (c)長循環

TiO2/ rGO纖維電極金屬鋰線組裝成半電池,在電位窗為1-3V的條件下,檢測電化學性能。纖維電池長為3cm,在0.0085mA的電流下充放電,首次放電比容量高達168mAh/g(理論比容量為170mAh/g)。在0.0085、0.0170、0.0255、0.0340和0.0425mA的電流下檢測其倍率性,在最大電流0.0425mA時,容量保持為89mAh/g,當電流回到0.0085mA時,容量保持為150mAh/g。電池在電流為0.0170mA時,首次放電比容量126mAh/g,循環100次后容量保持為100mAh/g,容量保持率高達80%。

圖3 柔性全電池性能圖 (a) 一個LED燈時電池工作超過5h(b) 電池彎折時的電壓 (c) 30cm的電池可以使6個LED燈工作。

LiMn2O4為正極與TiO2/rGO組裝成全電池,10cm的混合纖維電池可以供應一個LED(2V,60mW)連續工作5個小時以上。以TiO2納米片合成的TiO2/rGO納米纖維表現出如此良好的電化學性能,證明了材料設計的合理性和可行性,這對于先進的柔性電池儲能材料有著重大的意義。


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