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赖斯研究人员开发用于便携式可穿戴电子设备的薄膜电池

时间：2021-09-29 13:24:58 来源：

赖斯大学博士后研究员杨扬拥有可扩展，灵活的包装中具有最优质电池和超级电容器的储能装置。杰夫·菲特洛（Jeff Fitlow）摄

莱斯大学的研究人员开发了一种新的灵活的能量存储技术，该技术可提供类似电池的超级电容器性能，而商用电池中没有锂。

赖斯大学的实验室通过创建用于储能的薄膜，将柔性，便携式和可穿戴电子设备视作其用途。

莱斯化学家詹姆斯·图尔（James Tour）和他的同事开发了一种柔性材料，该纳米材料的纳米孔氟化镍电极围绕固体电解质层叠，可提供类似电池的超级电容器性能，该性能结合了高能电池和无锂的高功率超级电容器的最佳质量今天在商用电池中发现。

赖斯实验室的化学家詹姆斯·图尔（James Tour）的新工作在《美国化学学会杂志》上有详细介绍。

莱斯大学的博士后研究员杨扬（与研究生Gedeng Ruan共同撰写）说，它们的电化学电容器的厚度约为百分之一英寸，但可以通过增加尺寸或增加层来扩大器件尺寸。他们希望标准的制造技术可以使电池更薄。

在测试中，学生们发现他们的平方英寸设备在10,000次充放电循环和1,000次弯曲循环中可容纳其容量的76％。

Tour说，研究小组着手寻找一种具有石墨烯，碳纳米管和导电聚合物的柔韧性的材料，同时具有通常在无机金属化合物中所具有的更高的蓄电能力。他说，直到最近，无机化合物仍缺乏灵活性。

在电子显微镜图中可以看到，小于一微米厚的氟化镍多孔膜是莱斯大学开发的新型电池中的有效电极。柔性薄膜结合了超级电容器和电池的最佳品质，可用于柔性电子产品。由旅游团提供

他说：“这不容易做到，因为具有如此高容量的材料通常很脆。”“而且过去我们拥有非常好的，灵活的碳存储系统，但是碳作为一种材料从未达到无机系统（尤其是氟化镍）中可以找到的理论值。”

杨说：“与锂离子装置相比，该结构相当简单且安全。”“它的行为就像电池，但结构是超级电容器。如果将其用作超级电容器，我们可以高电流速率快速充电，并在很短的时间内将其放电。但是对于其他应用，我们发现我们可以将其设置为更慢地充电，并像电池一样缓慢放电。”

为了制造电池/超级电容器，研究小组在背衬上沉积了一层镍。他们蚀刻了它，在厚度为900纳米的氟化镍层中形成了5纳米的孔，从而使其具有较大的存储表面积。一旦移除了衬板，便将电极夹在聚乙烯醇中的氢氧化钾电解质周围。测试发现，即使经过10,000次充电/充电循环，孔结构也不会退化。研究人员还发现电极-电解质界面没有明显降解。

Tour说：“数量上它可以提供的功率非常高，这是制造高功率系统的非常简单的方法。”他补充说，该技术显示了制造其他3-D纳米多孔材料的希望。“我们已经在与有兴趣将其商业化的公司进行洽谈。”