“又厚又易弯曲” 下一代柔性电池迈出商业化关键一步

by Jeong Ilwoong

Published 25 Oct.2024 08:20(KST)

“我们开发出了既厚又易弯折的电极，使三维自由形状电池的制造成为可能。这被视为有望推动适应复杂产品形态的下一代柔性电池实现商业化的重要进展。”

博士 Hyun Seungmin（左）和博士 So Hyemi（右）。韩国研究财团提供

韩国研究财团25日表示，韩国机械研究院的 Hyun Seungmin 博士和 So Hyemi 博士研究团队利用不锈钢纤维作为三维集流体，开发出了二次电池用厚型柔性电极，成功实现了比现有柔性电池更高的能量密度。

集流体是与电池内部电极（正极和负极）相接触、厚度为10微米的薄膜。其作用是在物理上固定电极，并在充放电时帮助电子移动。所谓柔性电池，是指在不降低性能的前提下，可以弯曲或拉伸的能量存储装置。

近年来，随着可穿戴设备和智能终端市场的扩大，对柔性电池的需求激增。然而，现有技术在同时实现高能量密度和机械柔性方面存在局限。

尤其是，在柔性电池中采用厚电极时，电子和离子的传输变得困难，导致性能下降，并且会失去柔性。正因如此，如何在厚电极条件下同时保证高能量密度和机械柔性，一直被视为柔性电池商业化的关键课题。

为解决上述难题，研究团队在电池电极中将轻质纤维型集流体与多孔电极结构相结合，开发出了高性能柔性电池。

通过热诱导相分离工艺形成多孔双连续结构，从而实现了厚且柔性的电极。所谓热诱导相分离，是指在高于高分子熔点的温度下，将均匀混合的熔融液制成薄膜形态后，再通过冷却所施加的热量，引发高分子与活性物质的相分离。

研究团队还通过不锈钢纤维增强，提高了界面粘附力、弯折耐久性以及电导率。

经过上述工艺开发出的这款二次电池电极，即使弯折至近乎直角（最小弯曲半径3毫米），也能在无性能衰减的情况下运行，同时表现出优于既有柔性电池的性能。

研究团队解释称，纤维集流体与电极材料形成网络结构，可以应用于任何自由曲面，使得利用传统电极结构难以制造的三维自由形状电池得以实现。

Hyun Seungmin 博士和 So Hyemi 博士表示：“本研究团队开发的电极在同时实现高能量密度与柔性的基础上，将成为提升下一代柔性电池商业化可能性的踏板。特别是制造三维自由形状电池的能力，有望使开发符合产业界对复杂产品形态需求的电池成为可能。”

此外，本研究是在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的纳米与材料技术开发项目资助下开展的。研究成果已于上月2日发表在国际学术期刊《Advanced Fiber Materials》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。