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“三浦折叠”提高锂电池的区域能量密度

作者:周晓晴 来源:中国储能网 发布时间:2013-09-29 浏览:
中国储能网讯:近日,美国亚利桑那州的研究人员对外称,已经证明折纸概念能够应用在锂电池上,将来可制造具有高区域能量密度的设备。相关研究报告发表在《纳米快报》上。

  研究报告指出,与传统的平面电池相比,使用三浦布局(Miura pattern)的5×5折叠电池的能量密度提高了14倍。研究人员建议,几何折叠算法和计算工具来决定制造3D结构的折叠模式有很多优势,这或许可以形成很多3D电池的配置结构。另外,由于具有科机器人操作包括机器人折纸等优势,折叠电池在未来或许可以大规模生产。
  
  研究人员使用碳纳米管(CNT)包覆的纸作为集流器,将传统的活性物质层(Li4Ti5O12和LiCoO2)置于集流器顶部。使用实验室用擦拭纸作为基底,因为其薄而多孔的特性允许CNT墨水轻易渗透纸的内外层,使CNT包覆的纸每一面都具有导电性。


图A:简易折叠(一层、两层、三层);图B:未折叠的平面电池;图C:单层折叠的电池

  研究人员发现,和平面电池相比,使用简单的折叠(如上图),如一层、两层、三层,电池的区域容量大约提高了1.9倍、2.7倍以及10.6倍。

  折叠电池的库伦效率(CE)也比非折叠电池要高。研究报告作者指出,人们并不理解折叠电池库伦效率更高的原因,或许是因为活性物质层和CNT层的接触在折叠之后得到改善,大大增加。这些初步结果证实,锂离子电池在多次折叠之后仍然有良好的电化学性能。

  为了进一步提高区域容量,研究人员使用三浦折叠法(Miura folding)。在这些三浦折叠电池中,由于铜电流或者铝电流不能被多次折叠,因此不再使用。此外,使用CNT-PVDF包覆的纸作为唯一的集流器。
 

折叠电池区域容量对比(一层、两层、三层)

  虽然使用三浦折叠法提高了区域容量,但是折叠电池的放电容量为103mAh/g,而在折叠之前是113mAh/g。与折叠三层的电池相比,采用三浦折叠法的电池质量容量较低。因此,研究人员认为,这或许表明有部分活性物质在折叠后无法接触到电解质,又或许是因为在垂直折叠的相交处发生了分层。

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