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新材料：復(fù)旦大學(xué)の科學(xué)研究チームは高性能繊維電池及び電池織物の研究において新たな突破を得た

2024/4/28 13:39:00 0

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　　柔らかくて通気性のある服は、エネルギーを蓄えるだけでなく、攜帯電話や時計などの身の回りの電子機器にも便利に電力を供給することができます。SF作品に存在したこのシーンは、すでに現(xiàn)実のものになっている。

　　最近、復(fù)旦大學(xué)の科學(xué)研究チームは高性能繊維電池及び電池織物の研究において新たな突破を得た：細孔構(gòu)造を有する繊維電極の設(shè)計を通じて、電極と高分子ゲル電解質(zhì)の有効な複合を?qū)g現(xiàn)し、チームは高分子ゲル電解質(zhì)と電極界面の安定性が悪い難題を解決しただけでなく、繊維電池の連続化構(gòu)築方法を発展させ、高安全性、高エネルギー貯蔵性能繊維電池の規(guī)模製造を?qū)g現(xiàn)した。関連研究成果は『ネイチャー』の主要誌に発表された。

4月22日、復(fù)旦大學(xué)の科學(xué)研究者は攜帯電話が繊維電池を編んだ織物の上に置いて充電できることを示した。新華社記者劉穎摂

　　長年の探索を経て、復(fù)旦大學(xué)チームは相次いで「繊維構(gòu)造を設(shè)計して柔軟なリチウムイオン電池を獲得する」「高エネルギー密度の繊維リチウムイオン電池を製造する」という2つの難題を克服した、「高安全性繊維リチウムイオン電池の実現(xiàn)」が課題の「最後の1キロ」である。科學(xué)研究チームの責任者で中國科學(xué)院の彭慧勝院士によると、繊維電池織物は人體と密接に密著しているため、漏れやすい有機電解質(zhì)の代わりに安全性の高い高分子ゲル電解質(zhì)を用いなければならないが、高分子ゲル電解質(zhì)に基づく繊維電池は貯蔵性能を向上させるためには、高分子ゲル電解質(zhì)と繊維電極との界面不安定という難題を解決しなければならない。

　　チームは最終的にツタと植物つるがしっかりと絡(luò)み合うという自然現(xiàn)象から啓発され、その奧義を研究した後、多層ネットワークの細孔質(zhì)と配向細孔質(zhì)を有する繊維電極を設(shè)計し、そしてモノマー溶液を開発して繊維電極の細孔構(gòu)造に浸透させ、モノマーが重合反応を起こした後に高分子ゲル電解質(zhì)を生成し、繊維電極と緊密で安定な界面を形成し、さらに、高い安全性と高いエネルギー貯蔵性能の両立を?qū)g現(xiàn)した。

　　この基礎(chǔ)の上で、チームは高分子ゲル電解質(zhì)繊維電池に基づく連続化製造方法を発展させ、數(shù)千メートル長繊維リチウムイオン電池の製造を?qū)g現(xiàn)し、そのエネルギー密度は128 WHr/kgに達し、ドローンなどの大電力用電器に有効に電力を供給することができ、同時に優(yōu)れた耐変形能力を持っている。

4月22日、復(fù)旦大學(xué)の科學(xué)研究者は高性能繊維電池を展示した。新華社記者劉穎摂

　　彭慧勝氏によると、獨自にキーデバイスを設(shè)計することで、チームは活性スラリーコーティング、高分子分離膜コーティング、繊維螺旋巻き、ゲル電解質(zhì)複合及び高分子溶融パッケージをコアステップとする繊維電池中試験生産ラインを構(gòu)築し、1時間當たり300ワット時の生産能力を?qū)g現(xiàn)し、1時間當たりに生産された電池は同時に20臺の攜帯電話に充電できることに相當する。これは繊維電池の大規(guī)模な応用に有力な支持を提供した。

　　現(xiàn)在、チームは工業(yè)編組方法を用いて大面積繊維電池織物を製造している。関連する工業(yè)規(guī)格の下で、電池織物は大電流充放電、過圧充電と不足圧放電、高溫貯蔵を受けた後に漏れ、発火などの事故が発生せず、良好な安全性と安定性を示した、電池織物は高低溫、真空環(huán)境中及び外力破壊下においても安全かつ安定的に電気器具に電力を供給することができる。

　　「この繊維電池は消防災(zāi)害救援、極地科學(xué)試験、航空宇宙などの重要な分野に応用でき、より多くの応用シーンは各方面が共同で開拓する必要がある」と彭慧勝氏は述べた。