当地时间2019年9月10日,苹果公司在美国加州举办新品发布会,库克带来了三款手机,分别是iphone11、iphone11 Pro及iphone11 Pro Max。我国的起售价分别是5499元、8699元和9599元。新一代iPhone在电池续航时间、摄像头等方面做出了很多的改变,但总体来说变化不大——既不支持5G,也不具有折叠功能。

随着可折叠或卷起屏幕的计算机或智能手机的发展,电子行业受到越来越多的关注,如智能服装使用可穿戴的微型设备或传感器来身体温度、心率等功能。所有这些设备都需要能量来源——电池,一般使用的是锂离子电池。商用锂离子电池通常很笨重,根本上不适合用于柔性电子产品或纺织品。另一方面对柔性电池而言,传统电解液的流动性会限制其大小和形状,选用合适的固态或者凝胶电解质则变得更加重要。
2019年9月6日,Anvanced Materials在线发表了题为“FullyIntegrated Design of a Stretchable Solid-State LithiumIon Full Battery”的文章。苏黎世联邦理工学院Markus Niederberger教授团队已经开发出了一种柔性薄膜电池的原型,该原型可以弯曲,拉伸甚至扭曲,而不会中断电源。迄今为止,科研工作者首次像创建锂离子电池那样系统地专门采用柔性组件。

在不断开电源的情况下扭曲,拉伸和弯曲电池(图片来源:苏黎世联邦理工学院)
研究预览:团队人员引入了固态锂离子电池,其中所有组件(集电器,阳极和阴极,电解质和包装)都是可拉伸的,从而形成了具有与柔性电子设备和弹性材料兼容的机械性能的电池设计可穿戴系统。通过在可拉伸的碳聚合物复合材料上沉积Ag微薄片作为导电层,可以得到在100%应变下具有约2.7Ω-1的低薄层电阻的集电器。可伸缩电极是通过将活性材料与弹性集电器集成在一起而制成的。该团队还开发了聚丙烯酰胺“盐包水”电解质,可提供10-3至10-2S cm-1的高离子电导率和在室温下具有出色的拉伸性,约是其原始长度的300%。将所有这些组件组装成薄膜配置的固态锂离子全电池。由于可变形的单个组件,整个单元在拉伸、弯曲甚至扭曲时都起作用。
这种新电池与众不同之处在于其电解质--——水性凝胶电解质,当电池充电或放电时,锂离子会通过该部分移动。该电解质是由Markus Niederberger教授的博士生——Xi Chen首先发现的。该团队开发的水性凝胶电解质是包含高浓度锂盐的水,这不仅有利于锂离子在电池充电或放电时在正极和负极之间流动,还可以防止水的电化学分解。

应力应变曲线
由上图可以看出,三个样品在第1个循环的初始2mm处观察到不可恢复的塑性变形。在之后的循环中,样品弹性变形从15%到100%应变时,具有良好的可逆性。该课题组还观察了CNT和CB添加剂对SEBS集体的增强作用,与纯SEBS膜相比,SCC和SCCA的杨氏模量和拉伸强度均提高了2.5倍。这些都证明了SCCA复合薄膜的较大断裂应变略低于任何一个复合薄膜的较大断裂应变。

拉伸作用下,样品带的长宽比
为了测量SCC薄膜和SCCA薄膜的薄膜电阻,样品带被安装在薄膜拉伸试验机上分别拉伸至25%、50%、75%、100%。不同拉伸水平的电阻是通过施加1.0mA毫安电流和记录样品两端的感应电压。采用欧姆定律,计算出电阻R值,再根据Rs=R/AR(其中AR=样品的长宽比)计算出每种样品的Rs。因上层银片的存在,在同样的拉伸程度下,观察到SCCA的AR较SCC略有降低。