来自 科技 2021-09-11 16:38 的文章

洛克王国植物园在哪 首个真正可变形的锂电池来了!中国科学家里程碑突破

图丨 世界首款可拉伸薄膜锂离子电池原型(来源:陈曦)

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文/靖海

来源:DeepTech深科技(ID:deeptechchina)

近日,著名材料科学期刊《先进材料》(Advanced Materials)刊登了一项具有里程碑意义的研究成果。经过多年来持续不断的研究,一个来自瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的研究团队,终于把锂离子电池内部所有的组成结构都换成了可以弯折、扭曲的新材料,制造出了世界上第一块可以“任意”弯曲、拉伸的锂离子电池。

根据该大学网站的报道,这种电池遵循商用电池的设计。领导团队的马克斯·尼德伯格教授称,有关可折叠电池的研发甚至已经超越了应用于手机的范畴,对于使用折叠显示屏的计算机、智能手表和平板电脑等电子产品,可折叠电池都将有很大的价值。

一旦这项研究成果能够在未来得以改进并投入商业化应用,或将对未来电子产品的设计产生革命性的影响。

DeepTech 独家专访到了本文的第一作者、可拉伸锂离子电池的主要发明人——苏黎世联邦理工学院陈曦博士,为您带来此次研究以及折叠电池未来发展的深度解读。

图丨 可拉伸薄膜锂离子电池的发明人——苏黎世联邦理工学院陈曦博士(来源:陈曦)

今年上半年,手机行业巨头三星和华为相继发布了自己的可折叠手机,惊艳全球,吊足了全世界消费者的胃口,小米也在不久前发布其首款折叠概念手机小米 MIX alpha,因此,今年也被认为是“折叠元年”。

继多摄像头、人工智能、全面屏之后,可折叠很有可能将成为未来手机不可避免的发展趋势,相关的技术和产品进展也一直吸引着科技和商业界的持续关注。

图丨华为首款可折叠手机(来源:MIT Technology Review) 图丨小米首款 5D 环绕屏概念手机(来源:小米)

现有的可折叠手机之所以可以折叠,仰赖的是柔性屏幕。从三星到京东方,可折叠 OLED 显示屏是电子行业近年来最值得骄傲的技术突破之一。但除了屏幕,可折叠手机里的其它部件其实和普通手机并没有太大的差别。这不仅意味着,在手机两个部分的连接处无法布置更多其它元器件,更意味着除了负责弯曲的铰链之外,可折叠手机的其它部分依然“宁折不弯”,稍有不慎,依然有着损坏、甚至自爆的风险。

而自爆的原因,正是来源于电池。

一块锂离子电池的结构,可以被理解成是一个“三明治”,夹在中间的是负责传递锂离子的电解质/隔膜,而位于上下两端的是负载正负极材料、并收集和传导电流的集流体。

目前主流商业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。这种电解质尽管性能极佳,但一旦气密性不好,导致电池遭空气中的氧气或者水分侵入,就有可能发生危险的副反应,导致电池鼓包、自燃,甚至产生剧毒的氢氟酸(HF)。因此,主流的商用电池必须用钢制或者铝制的坚硬外壳紧密包裹,防止电解液与外界的接触。有着如此坚硬的外壳,折叠自然无从谈起。

而另一方面,用于发生电化学反应的正负极,是由粉状的电极材料沉积在铜箔和铝箔——也就是集流体上面制成的。顾名思义,所谓的集流体就是电池里存放电极材料、汇集和传导电流的部件。

在常规锂离子电池里,正负极薄膜与隔膜紧密贴合、卷绕,难以弯折。即使使用单层电极制成薄膜电池,由金属材料制成的集流体一旦弯折,就会导致电极粉末的脱落,而尖锐的褶皱也会破坏电池结构,甚至刺穿正负极之间的隔膜,轻则影响电池性能,重则同样导致电池自爆。

图丨千万不要轻易测试你的手机的抗弯性能——暴力导致的变形是手机自爆主要原因之一(来源:rankbank)

因此,要想实现电池的可折叠,依赖现有的材料是不可能的。

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