新型可再装且灵活的“贴纸型”可充电电池

可重新连接的柔性充电电池可用于下一代柔性/可穿戴设备。

NTU的KIER，KAIST，PNU的联合研究团队开发了一种高性能的可重新粘贴式粘贴式能量存储设备。研究结果发表在世界著名的《化学工程杂志》上。

韩国能源研究所（KIER，金正男校长）能源转换与存储材料实验室的Yoon Hana博士，韩国科学技术大学机械工程系金永进教授和金教授Seungchul（釜山国立大学光学与机电工程学系）共同开发了“使用高度膨胀的激光诱导石墨烯电极的可重新连接的微型超级电容器（MSC）*”，其研究成果列在《化学工程杂志》 *中，在该领域享誉世界。

* MSC是基于薄膜的超薄超级电容器，与Li薄膜电池相比，它们在更高的功率和能量密度下更稳定，因此备受关注。

*《化学工程期刊》被认为是化学工程领域最好的国际期刊之一（由Elsevier，SCI I.F.8.355)

随着对更轻巧，更小的可穿戴设备和功能强大的IoT小工具的需求不断增长，对用于电源收集，存储和管理的新技术的需求日益增长。如今，可穿戴设备和物联网产品已越来越多地应用于社会的各个领域。因此，研究人员正在积极开展研发活动，以开发除电源外还具有其他功能的储能设备。

可穿戴式能量存储设备的前提条件是，它们应能够随着人体形状和动作的变化而改变其形式，同时又要灵活，使用安全并具有出色的耐用性。常规电池不具有柔韧性，因为它们已发展为具有圆柱形，棱柱形或袋形基础结构，并且能量密度有限。因此，它们在应用于下一代产品（例如可穿戴设备或需要高灵活性，便携性以及面积或体积能量密度的微型设备）中存在一些局限性。

（a）粘贴式柔性MSC作为智能眼镜储能装置的概念图，（b）基于超短脉冲激光的高度膨胀的石墨烯电极，（c）高度使用柔性式MSC的粘贴式柔性MSC的制造过程示意图溶胀的激光诱导石墨烯电极，（d，e）使用高度溶胀的激光诱导石墨烯的粘着型MSC电极的横截面图像，以及（f）粘着型MSC重复附着/分离的测试结果。

过去，研发用于可穿戴设备的能量存储设备的努力大多集中在Li薄膜电池上。锂薄膜微电池是微电子产品的广泛和可商购的电源，当与锂结合使用时，会遭受寿命短，突然失效，不稳定的低温动力学以及安全性方面的困扰。

近年来，作为替代锂薄膜电池的下一代储能设备，MSC受到了广泛的关注。原则上，超级电容器是半永久性使用的，并具有许多好处，例如高功率密度（是锂离子电池的10倍），稳定性，效率和快速的充电/放电速率。但是，由于每个负载的能量密度低（据估计为锂电池的1/10），它们的使用范围在一定程度上局限于某些区域。与超级电容器相比，MSC具有比锂电池更高的功率密度，并且能量密度与竞争对手相比甚至更高。因此，它们被认为是超薄高性能储能设备的替代产品。

该研究小组成功开发了具有柔性结构的粘贴式柔性MSC，并可以通过使用超短脉冲激光将其附着在物体或表面的任何地方。

超短脉冲激光可以立即产生很强的强度，以制造高度溶胀的石墨烯电极。通过将粘合剂聚合物复合材料浸渍到高度溶胀的石墨烯内部，研究人员能够开发出具有优异电极性能和耐久性并同时保持粘合性的粘着型MSC。

多巴胺是贻贝的粘附蛋白的功能模拟物，被引入作为粘着型柔性MSC的涂层材料，以改善电化学性能。多巴胺中的儿茶酚基团为伪电容电极提供了氧化还原活性部分。通过这样做，他们能够开发出具有类似于锂薄膜电池的高体积能量密度，体积能量密度高，比同类产品高13倍的粘贴式柔性能量存储设备。

这项研究的首席研究员KIER的Hana Yoon博士说：“我们的粘贴式柔性MSC可以轻松地重新连接到下一代可穿戴设备和IoT小工具，并且具有环保性。他们有望解决锂基储能技术的许多障碍。”

KAIST教授，这项研究的共同研究者Young-jin Kim表示：“这项研究开发的图案化技术在相对较短的时间内就产生了具有超短脉冲激光的独特溶胀石墨烯。 。该技术具有促进激光诱导石墨烯在各个领域的工业应用的潜力。”

参考：Yeong A. Lee，Joel Lim，Chounghyun Cho，Hyub Lee，Sangbaek Park，Lee Go-Woon Lee，Chung-Yul Yoo，Sang Hyun Park，Vadakke Matham Murukeshan，Seungchul Kim，Young Young-Jim Kim和Hana Yoon，2020年12月27日，《化学工程杂志》。
10.1016 / j.cej.2019.123972

研究人员在国内外完成了专利申请。KIER，KAIST，PNU，NTU之间的联合研究团队目前正在作为下一代储能材料和设备的研究与开发的领导者进行后续研究。