儲能首先應(yīng)用在日常生活

能像毛線一樣編織，能像紙板一樣對折，也能像皮膚一樣緊緊貼在身上。這樣輕便柔韌的材料居然是電池。容量達到600 mAh/g以上，循環(huán)壽命超過1 000次，500次以上對半折也不影響其性能……近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院金鐘教授團隊在高容量柔性能源器件方面取得的新進展引起了不少人的關(guān)注。

一直以來，笨重堅硬如磚塊的電池限制了許多設(shè)備的造型和應(yīng)用，這種傳統(tǒng)的能源器件結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以滿足便攜和可穿戴設(shè)備的發(fā)展需求?！澳芊裨O(shè)計一些新的電極材料，同時滿足柔韌、導(dǎo)電和高性能這三個特征呢?”這一問題引起了金鐘的思考。從事材料化學(xué)領(lǐng)域研究10多年來，金鐘利用碳納米管、石墨烯和無機納米纖維等材料的高柔韌性和導(dǎo)電性，用來充當(dāng)儲能電極材料的優(yōu)秀柔性“骨架”。在這些材料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計，堅固厚重的電池在金鐘課題組的手里逐漸改變了傳統(tǒng)的模樣。

一般而言，能源器件分兩種，一種負責(zé)能源存儲，一種負責(zé)能量轉(zhuǎn)換。前者將電能存儲為化學(xué)能，在需要使用的時候釋放，所對應(yīng)的是鋰離子等儲能電池，被稱為化學(xué)電源器件;后者往往可以將光能等其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，例如太陽能電池，其所對應(yīng)的能源器件被稱為物理電源器件?！盁o論哪種能源器件，如果做成柔性、便攜和集成化的，都可能開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域。”在金鐘“手”里，電池就好像沒了脾氣般能變成想要的形狀。

光電轉(zhuǎn)換效率達到9.5%，可以彎折、纏繞、打結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)僅需7 s的快速充電……除了儲能電池，金鐘課題組在柔性太陽能電池方面也取得了新的成果。該團隊以碳納米纖維材料為基礎(chǔ)，通過修飾TiO2和MoS2二維材料制備出了多功能的同軸納米復(fù)合纖維電極材料。利用這種纖維電極組裝了可彎折、可編織的柔性線狀太陽能電池和光充電能量纖維，獲得了優(yōu)異的性能，并且能夠在光照下快速自發(fā)充電。與傳統(tǒng)平面狀能源器件相比，纖維狀能源器件質(zhì)量更輕、柔性更好、集成度更高，同時有可能在未來可以像高分子纖維一樣通過紡織技術(shù)進行大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，從而滿足各種便攜式和可穿戴柔性電子設(shè)備的需求。

想象一下未來穿上可以提供電能、發(fā)光發(fā)熱的衣服吧，你的冬天不再冷冰冰。警示服、腕表、射頻卡片……柔性電池可以做到讓能源隨身攜帶。除了民用，柔性電池也能滿足未來信息化作戰(zhàn)的能源供應(yīng)需要?！霸诂F(xiàn)代化的單兵特種作戰(zhàn)裝備中，士兵的負荷中有三分之一的重量來自電池，然而現(xiàn)有的電池系統(tǒng)只能續(xù)航72h?！苯痃娬f，“開發(fā)質(zhì)量體積小、續(xù)航時間長、輸出功率大、安全性高、更適合穿戴的新電池系統(tǒng)，在滿足信息化作戰(zhàn)、無人機、水下航行器等國防應(yīng)用方面具有特別重要的意義。”