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稳定实用的纤维锂离子电池

近些年小型、便捷电子设备发展迅猛,而大体积、刚性的能源设备不能满足这些设备的要求。为匹配这些微型设备,能源设备向着微型的方向发展。与平板夹层的电池相比,线性纤维锂离子电池具有灵活多变的特点。纤维锂离子电池体积小、适应性强和可编织性强,然而制备适合的纤维电极需要先进的技术。

图1 TiO2/ rGO纤维简明合成流程图

苏州大学耿凤霞课题组的研究工作者,将TiO2加工成纳米片,通过湿法纺织技术合成纳米纤维。TiO2纳米片和还原石墨烯(rGO)堆积共沉淀,成为高效集流体,同时TiO2/rGO纤维电极具有超高的机械强度和优良的电化学性能。

图2 (a) 半电池简明示意图 (b) 电压容量图 (c) 倍率图 (c)长循环

TiO2/ rGO纤维电极金属锂线组装成半电池,在电位窗为1-3V的条件下,检测电化学性能。纤维电池长为3cm,在0.0085mA的电流下充放电,首次放电比容量高达168mAh/g(理论比容量为170mAh/g)。在0.0085、0.0170、0.0255、0.0340和0.0425mA的电流下检测其倍率性,在最大电流0.0425mA时,容量保持为89mAh/g,当电流回到0.0085mA时,容量保持为150mAh/g。电池在电流为0.0170mA时,首次放电比容量126mAh/g,循环100次后容量保持为100mAh/g,容量保持率高达80%。

图3 柔性全电池性能图 (a) 一个LED灯时电池工作超过5h(b) 电池弯折时的电压 (c) 30cm的电池可以使6个LED灯工作。

LiMn2O4为正极与TiO2/rGO组装成全电池,10cm的混合纤维电池可以供应一个LED(2V,60mW)连续工作5个小时以上。以TiO2纳米片合成的TiO2/rGO纳米纤维表现出如此良好的电化学性能,证明了材料设计的合理性和可行性,这对于先进的柔性电池储能材料有着重大的意义。


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