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最新Mater. Today: 功能齊全，長(zhǎng)達(dá)140米的熱拉伸鋰離子纖維電池！

移動(dòng)計(jì)算、通信和機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展提出了對(duì)非平面定制電子設(shè)備中合適的便攜式電源解決方案的需求，纖維作為織物和3D打印物體的基本單元，為開(kāi)發(fā)無(wú)處不在的多維電力系統(tǒng)提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。

在此，韓國(guó)慶熙大學(xué)Jung Tae Lee等人首次通過(guò)預(yù)成型到光纖的熱拉伸生產(chǎn)了 140米長(zhǎng)的鋰離子纖維電池，以新形式為多個(gè)電子設(shè)備供電。該熱拉伸纖維電池由正極的磷酸鐵鋰（LFP）凝膠、負(fù)極的鈦酸鋰（LTO）凝膠、電解質(zhì)凝膠、環(huán)烯烴共聚物（COC）包層和嵌入載碳聚乙烯（CPE）的金屬線組成。LFP、LTO和電解質(zhì)凝膠中的PVDF和EC:PC溶劑混合物在高溫下（在爐內(nèi)）均質(zhì)化，然后在室溫下（在爐外）相分離形成互連的孔結(jié)構(gòu)，正極、負(fù)極和電解質(zhì)之間的間隙最小。

這些材料在室溫下表現(xiàn)為橡膠狀固體，但能夠在拉伸過(guò)程的高溫下流動(dòng)，同時(shí)在冷卻后仍保持電化學(xué)功能。這種自上而下的方法允許生產(chǎn)功能齊全且任意長(zhǎng)度的鋰離子纖維電池，此外，光纖電池可以與電子元器件集成形成1D、2D、3D的電子器件。

圖1. 包括多種凝膠的熱纖維電池拉伸及其應(yīng)用

研究表明，該纖維電池的能量和功率與纖維長(zhǎng)度成正比增加而沒(méi)有長(zhǎng)度限制，140米長(zhǎng)的纖維電池表現(xiàn)出~123 mAh的放電容量和~ 217 mWh的放電能量。這項(xiàng)研究還說(shuō)明了這些纖維電池用于多維柔性電子產(chǎn)品的普遍電源解決方案，熱拉伸方法允許將LED和電池集成到單根光纖中。這些纖維的可擴(kuò)展性和材料可調(diào)性使其可用于各種非平面電子系統(tǒng)，包括一維柔性電子纖維、二維大型機(jī)織電子織物（~1.6 m²）和3D打印結(jié)構(gòu)電子系統(tǒng)。

纖維電池滿足便攜式電子系統(tǒng)的要求，因?yàn)樗蓹C(jī)洗、靈活、可在水下使用且防火/破裂。通過(guò)不同的可充電光纖電池方案展示了其作為潛艇無(wú)人機(jī)、LiFi織物和飛行無(wú)人機(jī)通信的動(dòng)力，這為無(wú)處不在的電池供電電子產(chǎn)品的出現(xiàn)鋪平了道路。

圖2. 纖維電池的形貌和電化學(xué)表征

Thermally drawn rechargeable battery fiber enables pervasive power, Materials Today 2021. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.11.020

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