不可燃宽工作温度范围柔性可穿戴电池的研究

基本信息
批准号:21805063
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.90
负责人:黄燕
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:刘杰,王稼奇,胡萌萌
关键词:
柔性电极柔性储能器件功能纤维可穿戴编织器件柔性电子学
结项摘要

As a necessary driving force for the operation of flexible electronics, flexible and wearable batteries have shown their importance and attractive prospect in the field of flexible electronics. However, their safety and universal application in different environments are still greatly restricted. This project develops a flexible and wearable battery with non-flammability and wide working temperature range based on electrode and electrolyte design, which can charge and discharge normally under different climatic conditions such as severe winter and summer. The main work includes non-combustible conductive yarn as the electrode substrate, on which metal oxide cathode and anode materials are prepared; design and synthesis of several non-flammable ionic liquid gel electrolytes with a wide working temperature range; assembly of the electrode and electrolyte developed above to prepare a wristband battery with non-flammability and resistance to severe winter and summer, combining with the market demand; on the basis of experimental studies, molecular dynamics simulation (MD) and density functional theory (DFT) are used to construct physical understanding on ion distribution states, ion migration behavior, density of energy, redox potential, etc. This project will provide methodology and theoretical support for the preparation of safe and practical batteries, and have practical significance for the wide-scale application of flexible electronics.

柔性可穿戴电池作为柔性电子设备运行所必须的驱动力,在柔性电子领域已显示出其重要性和诱人前景,但其安全性和应用环境普适性仍受到很大限制。本项目拟从电极和电解质两个方面着手,设计开发一种不可燃且具备宽工作温度范围的柔性可穿戴电池,能够在严冬酷暑等不同气候条件下正常充放电。主要工作包括以不可燃导电纱线为电极基底,在其上制备不同金属氧化物正负极活性材料;设计合成几种不可燃离子液体凝胶电解质,探索宽工作温度范围离子液体凝胶电解质的合成方法;组装不可燃宽工作温度范围电极与电解质,结合柔性可穿戴市场需求,制备腕带电池并实现其不可燃、抗严冬、耐酷暑等性能;在实验研究基础上,采用分子动力学模拟、密度泛函理论等手段构建对离子分布状态、离子迁移行为、能态密度、氧化还原电势等方面的物理认识。项目的研究结果将为安全实用柔性可穿戴电池的制备提供方法学和理论支持,对柔性电子器件的广泛应用具有重要的实际意义。

项目摘要

金属纱线电池由于导电率高、体积小、柔性好以及与纺织品的最优兼容性而被广泛用于便携式、柔性和可穿戴电子产品中。易燃的有机电解质和水系电解质均无法满足电池在严冬和酷暑等极端天气条件下正常工作的需求。离子液体不可燃、在宽温度范围内既不凝固也不挥发,且离子导电率高、电化学窗口宽,是研究不可燃宽工作温度范围柔性可穿戴电池的理想体系。本项目以离子液体凝胶电解质和不锈钢纱线电极为主要研究对象,合成了多种离子液体凝胶电解质,制备了多种高容量电极材料,组装了多种纱线电池,系统研究了其在低温和高温下的性能及不可燃性等特点,展示了其在柔性可穿戴电子产品中的应用潜力。. 在Adv.Funct.Mater.、Adv.Sci.、Nano Energy、Energy Storage Mater.等期刊发表论文20篇;培养硕士生6人,本科生4人,其中王稼奇、刘杰、王华均同时获得校优秀硕士毕业论文、国家奖学金、工信创新奖学金三等奖等多项荣誉,王月阳获得哈工大深圳校区首届优秀本科毕业论文;项目负责人入选2019年度教育部长江学者奖励计划青年学者。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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