瑞士研究团队发明可折叠的锂电池:能进行拉伸而不会爆炸,可用于折叠手机!

从今年上半年开始,手机行业巨头:Samsung 和 Huawei 相续为我们带来了可折叠式智能手机,轰动手机界,开启了新趋势。就连小米也在不久前发布了自家的折叠概念机 小米 MIX alpha,由此可见,所谓的「折叠元年」已经为时不远了。

但折叠式手机有个致命的限制:它的电池不可折叠!

锂电池的构造是一种「三文治」的结构,夹在中间的是负责传递锂离子的电解质,而上下两端是电池的正负极材料。目前主流锂离子电池的电解质,是易燃易爆的有机溶剂和锂盐组成的溶液,是一种液体。即使它的性能极佳,一旦不小心损坏电池壳或着气密不好,和空气中的氧气水分发生化学作用后就会导致电池鼓包、自燃,也就是所谓的电池爆炸!

所以锂电池的外壳必需加密坚硬,自然就无法折叠了。因此要实现电池可折叠,就看现在的材料是不行的!

苏黎世联邦理工学院陈曦博士和他的团队为了这折叠电池的这一项研究,耗上了4年左右的时间,最后成功制造出了世界上第一块可折叠、可变形的锂电池!

他们的最终方案,一样是「三文治」结构的锂电池,只是他们替换了中间层的液体电解质,换成了一种介于液体和固体之间的特殊物质——水凝胶。

水凝胶是一种类似橡胶的性质,且拥有大量的交联的有机高分子链。水凝胶的优点是即使是被拉伸时,每一段高分子链会被拉长且不会相对位移;拉力消失时又会回到原状,不会断裂。

不但如此,和易燃易爆且剧毒的商用电解质相比,水凝胶有一个革命性的优势——安全!因为它不会和空气中的水和氧气产生反应,所以就不用担心它会自然爆炸呢!

解决了电解质的问题,陈曦博士和他的团队可还有「三文治」上下层的正负极材料集流体要解决呢。要达到可折叠式电池,除了中间层,上下两层也要能够折叠才行。为此,他们设计出了一种由四种材料复合而成的特殊结构实现了「可弹性改变并电导性良好」的目标。

第一种材料,是一层由有弹性的聚合物制成的薄膜,作为集流体的基底;
第二和第三种材料,是分散在基底里面的碳纳米管和碳黑颗粒。这些可以导电的填充物,让基底拥有了一定的导电性。
而彻底解决导电性问题,最关键的是第四种材料——沉积在基底表面的一层银胶。

显微镜放大一看,这种四种材料复合结构里的金属银是一堆层层叠叠在一起的六角形的二维片状结构,有的固定在基底上,有的则像瓦片一样搭在别的银片上,集合在一起就形成了一个良好的电子通路。当集流体被拉伸时银片之间会发生相对的滑移,但它依然可以保证银片的「手脚」还能继续搭在另一片的「身体」上,让电流的通过不受影响。即便在少数的一些地方,银片之间出现了完全的脱离,分散在基底里的碳纳米管和碳黑颗粒也能起到传导电流的作用。研究人员经过实验后发现,即使拉伸到一倍长度,这种集流体的单位表面导电性也仅有少量降低,它的表现可是非常优异稳定!

就这样把伸缩自如的正负极集流体和水凝胶封装在一起,所谓的「可折叠电池」就这样诞生啦!

柔性屏幕 + 可折叠电池,或许我们的折叠式手机在不远的将来会有全新突破呢!

到那个时候,读者们会不会给折叠式手机买单呢?

 

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