厦门柔性电子研究院
福建省协同创新院柔性电子产业技术分院
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Nano Energy:柔性摩擦纳米发电机与柔性电池集成构筑可穿戴的自充电系统

随着柔性可穿戴设备,柔性显示屏和智能传感器等电子器件的兴起,锂离子电池因具有很高的能量密度和良好的循环性,被认为是便携式电子设备储能装置的最佳选择之一。2018年9月,中科院北京纳米能源与系统研究所王中林院士和西班牙马德里材料研究所José Antonio Alonso教授在Nano Energy上发表了一篇“Structural and Electrochemical Properties of LiMn0.6Fe0.4PO4 as a Cathode Material for Flexible Lithium-ion Batteries and Self-charging Power Pack”的文章,报道了他们在柔性锂电池领域取得的先进成果。

1 (a)样品LMFP的NPD图谱; (b)样品LMP的NPD图谱; (c)LMP的晶体结构; (d)LMFP的晶体结构; (e)LMFP的晶体结构图(Li离子扩散沿[010]方向的通道)。

2 (a) 柔性LIB电池的示意图; (b) 柔性电池的倍率性能; (c) 0.5 C下弯折不同次数的电池循环性能; (d) 0.5 C下弯折不同角度电池的循环性能; (e) 0.5 C下两种不同变形状态下电池循环性能的比较; (f) 0.5C下平坦状态电池的循环性能。


3 (a) 由柔性电池和柔性摩擦纳米发电机组成的可穿戴式自充电系统;(b) 柔性LIB的充/放电曲线; (c) 在不同冲击频率下柔性摩擦纳米发电机的短路电流;(d) 在不同冲击频率下柔性摩擦纳米发电机的开路电压;(e) 在不同冲击频率下柔性摩擦纳米发电机的充电量;(f) 输出功率密度与不同外部负载电阻的关系;(g,h) 为柔性电致变色膜供电的柔性电池的照片

柔性锂电池必定是电池发展的重要方向之一。研究者发现,通过对传统的LiMnPO4进行Fe掺杂,相比之下,iMn0.6Fe0.4PO4(LMFP)表现出较弱的Li离子各向异性,Li离子沿c轴和垂直于c轴的晶格参数均方根位移仅为0.12Å和0.08Å。另外LMFP沿着b轴方向具有较强的择优性能,表明Li更易于扩散到晶格结构中,也意味着该材料具有较高的离子迁移率。优异的柔韧性和良好的电池安全性使其在可穿戴电子设备供电,例如智能电子设备和传感器等领域具有潜力。研究者还将柔性摩擦纳米发电机与柔性锂电池结合在一起,为柔性电子市场提供了重要的应用前景。