电池是这样工作的
项目来了 | 30秒快速充电，这款柔性电池软得可以玩折纸
家里需要充电的设备越来越多，手机电脑iPad牙刷美容仪iWatch……随便哪个没电，对猪精男女孩们来说，都是毁灭性打击。而且，用电容易充电难，有没有觉得设备充电的时间总是特别漫长？
现在，有一种柔性超快充电池，30秒充满，而且“身轻体软”。我们和项目研发人，中科院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳及其团队聊了聊。
△柔性快充电池（图片来自深圳先进院）
所有电池都分为正负极，两极分别使用不同材料，中间用多孔隔板隔开，在电池身体里填充电解质溶液。两极材料在电池中进行电化学反应，形成电流。
现在最常用的锂离子电池，正极材料一般是钴酸锂等活性物质，负极一般用石墨等。充电时，锂离子（Li+）从正极移动到负极，放电时，锂离子从负极移动到正极。
△充电时，锂离子从正极移动到负极
△放电时，锂离子从负极移动到正极
（图片来源：How Lithium-ion Batteries Work）
由于电池的电化学反应所产生的电荷（锂离子和电子）是分散的，所以正负极上分别都会有集流体，把这些电荷收集到一起，然后产生电流。
总之，锂离子电池的工作原理是，锂离子在正负极之间定向移动，从而形成电流。
一次让更多锂离子和电子通过
为什么锂离子电池充满一次需要几个小时？主要取决于锂离子的传输速率，如果同一时间内能有更多的锂离子和电子跑过来，充放电时间自然就更短。
唐永炳团队成员之一蒋春磊博士提出，让活性材料和电解质溶液的接触面积尽可能大，来降低传输距离，进而提高传输速率。就好比一杯水，装在杯子里，挥发得慢，如果把这杯水洒到地上，挥发更快，因为水和空气的接触面积增加了。
那么问题来了，怎样让活性材料和电解质溶液接触面积达到最大？答案是直接让活性材料和电解液“打成一片”。
薄如蝉翼的电池是这样做出来的
唐永炳研究员及其团队成员蒋春磊博士突破了传统锂离子电池的构造思路，创新性地让正负极、集流体都在多孔隔膜上安家，让电池“薄如蝉翼”。
这种一体化柔性结构，提高了活性材料和电解液的接触面积，有效降低了锂离子的传输阻抗，同时又提升了电子在界面处的传输速率。
说人话，就是以前只有1条单行道，现在直接变16车道，可以让更多锂离子和电子“跑来跑去”了。
（图片来自深圳先进院）
这种柔性快充电池，制作工艺居然一点都不繁琐：将天然石墨“涂”在玻璃纤维表面（电池正极），接着通过等离子体工艺去除石墨中的水和氧气，保持它的纯净；然后，用物理气相沉积工艺，将铝箔膜直接沉积在石墨表面（正极集流体）；再用同样的技术，在玻璃纤维的另一面沉积铝箔膜负极。
△柔性快充电池（图片来自深圳先进院）
柔性快充电池不仅简化了传统锂离子电池的制作工序，还具有120C（充放电时间约为30秒）的超高倍率性能，虽然厚度只有1-2毫米，但同等重量、同等体积下，柔性电池续航能力超过普通锂离子电池。
△点亮小灯泡无压力（来自深圳先进院）
△被捶打也无压力（来自深圳先进院）
其实，唐永炳博士团队在成本低、能效高的新型电池上早有尝试，此前已有铝-钴酸锂锂离子电池、铝-石墨双离子电池等。
“航模、航拍无人机、电动工具、电动汽车、汽车起停电源、智能医疗设备、AGV机器人等细分市场的高速增长，对高倍率二次电池的需求日益迫切”，唐永炳研究员说，“柔性快充电池未来有望用于航模、无人机、玩具、电动工具、可穿戴等技术领域。”
如果您对上述项目感兴趣，欢迎留言与我们联系，或致电0755-86392046冯老师。如果您想把自己研究团队的成果在我们的微信平台上进行展示，欢迎投稿至siat_news@siat.ac.cn。
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读创记者 袁斯茹
编辑/春儿
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