紙質鋰電池

紙質鋰電池（Paper Li-ion Battery），是由美國史丹福大學研究者研發出的一種製作在紙張上的超薄新型鋰電池，它可以摺疊增強便攜性。

2013年10月，美國亞利桑那大學科學家開發出一種紙基鋰離子電池，能做多次對摺或折成Miura-ori型（類似地圖折法），由於摺疊後變得更小，表面能量密度和電容可增加14倍。

基本介紹

• 中文名：紙質鋰電池
• 外文名：Paper Li-ion Battery
• 研發：美國史丹福大學研究者
• 性質：製作在紙張上的超薄新型鋰電池

研發背景

電池是各種攜帶型電子產品的重要卻又惱人的部件。尤其碰到大而且重的電池，讓設備的移動性更差，而較小的電池，又會導致設備性能降低或電池壽命變短。

可摺疊的紙質鋰電池

史丹福大學開發的新型鋰離子電池或將讓這一切變得更加便捷：新型的超薄可充電電池已經可以製作在一張紙上，從此變得輕型，靈活，就像普通的A4紙一樣方便。

紙質鋰電池是用一種薄膜碳納米管塗在表層含有金屬的鋰化合物納米管上，這些很薄的雙層薄膜被固定在普通紙張的兩面，起到分離電極的作用；鋰作為電極，而碳納米管層則是電流集合管。

性能優勢

紙質鋰電池僅有300微米厚，靈活而超輕薄，而且節能效果比其它電池更好。紙質鋰電池不是一次性的電池，已經超過300次循環充電測試。紙質鋰電池生產難度不高，比其他瘦身電池的方法更加容易投入商用化。

技術原理

概況

紙質鋰電池是將薄膜碳納米管塗在表層含有金屬的鋰化合物納米管上，這些很薄的雙層薄膜被固定在普通紙張的兩面。紙張既是電池的支撐結構，同時也起到分離電極的作用；鋰作為電極，而碳納米管層則是電流集合管。

紙質鋰電池

技術比較

傳統鋰離子電池是用鋰基粉末作電極，而紙質鋰電池是用碳納米管(CNT)墨水作電極，用纖薄透氣的Kimwipes紙巾(一種實驗室用薄紙巾)作基底，並塗上一層PVDF(聚偏二氟乙烯)塗層增強CNT墨水和紙基間的粘附力。

套用領域

雖然紙質鋰電池還不太成熟，也可能並非所有移動設備的最理想配件，但它們可能在未來大有用處，如智慧型化包裝，電子標籤套用以及電子紙產品等領域。

研究進展

美國亞利桑那大學科學家開發出一種紙基鋰離子電池，能做多次對摺或折成Miura-ori型（類似地圖折法），由於摺疊後變得更小，表面能量密度和電容可增加14倍。這種摺疊紙基電池柔韌靈活，成本低，可輥軸製造，有望進一步開發為多用途的高性能電池。
研究人員對電池進行了摺疊實驗，先簡單對摺，然後用更複雜的Miura-ori摺疊型。簡單對摺一次、兩次和三次後，其表面能量密度和電容分別比未摺疊的平面電池提高1.9、4.7和10.6倍；Miura-ori摺疊型效率更高：把一張6厘米×7厘米的紙電池折成25層後，整體面積只有1.68平方厘米，而表面能量密度和電容均增加到14倍。

摺疊實驗圖示

相對於平面電池，以Miura-ori 法摺疊的電池的某些性能稍有降低，包括放電容量與電容率的降低。研究人員認為，這些損失可能是由於垂直褶皺交叉點的分層，因為這些電池中含有16個頂點。為了防止電池，研究人員在層與層之間使用了一種柔韌的絕緣薄膜：聚對二甲苯- C。這項研究成果使人們首次看到了使用摺疊法增加鋰離子電池單位面積能量密度和容量的潛力。

隨著幾何摺疊算法、計算機工具和機器人操作的發展，更複雜的摺疊型將會開發出來大規模製造，並用於商業用途。

現實意義

電池技術可以稱得上是新能源革命甚至新工業革命的核心，其中可摺疊紙基或塑膠基的高能量密度電池是距離日常生活最近的，有了它，電池不光供電會更加持久，其形狀性能也更靈活，這樣電子設備將更小巧輕便，可穿戴設備也更舒適，工業產品將更人性化。20世紀以來，研究者已陸續公布了多種可摺疊電池的新奇技術方案，本成果只是眾多開拓性方案之一，並不一定是終極解決方法，但可摺疊電池的商用時代正在到來。

紙質鋰電池