仿生结构设计为柔性锂离子电池的开发提供了优势，并发表了一项研究储能材料亚博网站下载已经展示了受鳄鱼皮启发的设备的新型设计。
Study:鳄鱼皮肤启发的刚性柔性柔性锂离子电池具有高能量密度和双向可变形性。图片来源：photosky/shutterstock.com
Flexible batteries are a key technology in the field of flexible and wearable electronics. The design of these devices has been extensively investigated by several researchers over the past decade, with different device architectures and materials developed and explored.
设计有效的柔性锂离子电池
目前，世界正在经历广泛称为第四次工业革命的事物。在有望破坏社会的技术进步中，近年来，灵活，可穿戴的设备（例如传感器，生物医学设备，显示器和电信设备）一直是近年来的强烈研究的主题。
可穿戴设备必须具有良好的机械畸形以及电化学和材料特性。因此，它们的每个部分都必须完全灵活，并且能够承受重大的机械应力，同时保持出色的电化学性能。
锂离子电池作为柔性设备的能源储能组件表现出了巨大的希望，因为它重量轻，并且拥有较长的循环寿命和更高的功率输出。但是，市场上大多数目前可用的锂离子电池没有必要的灵活性和能够承受机械变形的能力，同时保持令人满意的电化学性能。
尽管在研究和开发阶段进行了一些完全灵活的锂离子电池，并且已经广泛探索了新材料，但设备的问题持续存在，这阻碍了其广泛的商业应用。亚博网站下载这些电池的重复变形可以加速机械故障。
例如，接口分层可能发生在当前收集器和活动层之间。这可能导致功率输出波动，并导致短路以及其他安全性和退化问题。
Strategies to Improve Lithium-ion Battery Flexibility
为了克服这些问题，已经提出了几种策略来开发可靠的柔性锂离子电池。亚博网站下载已经开发了具有弹性，柔软和可拉伸特性的材料。这些包括固体电解质，超纤细电极和基于碳的电流收集器。
此外，研究的重点是开发具有可以承受变形的新型体系结构的电池，例如波浪2D结构，折纸，微霍尼科姆和软蛇纹石结构。尽管能够在没有损坏的情况下处理机械变形，但它们的能量密度降低。
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柔性电池开发领域的最新进展旨在设计具有分为两部分结构的设备，该设备分别具有变形和储能功能。研究人员开发了类似手风琴的，锯齿形的形状和膝关节模仿结构。
尽管这些设备既具有较高的柔韧性又具有能量密度，但它们无法实现双向变形，这是由于折叠，绕组和拉伸而发生的。可穿戴设备既需要高能量密度和多方向灵活性。
Designing a fully flexible lithium-ion battery which can withstand multi-directional deformation whilst retaining superior electrochemical properties such as high energy density is a key concern within current research in the field of wearable electronics.
研究
Writing in储能材料，亚博网站下载the authors behind the new study have presented an approach that can overcome these issues. They have presented a novel design inspired by crocodile skin. Crocodiles have evolved to be apex predators over the course of millions of years. This is in part due to their armor.
Crocodile skin is tough but flexible. Scutes are the bony ridged plates (scales) that make up this tough skin and possess a bony base. Arrays of rigid scutes connected by soft dermis occur all over the body, including at points that undergo significant levels of mechanical deformation, such as shoulders and joints.
研究中提出的刚性辅助集成的柔性锂离子电池可以直接使用绕组机直接从堆叠和量身定制的电极板上盘绕。在行方向上的两个相邻的电活性部件通过对角线接头连接，并且相邻部分之间存在空间。与常规的高密度柔性锂离子电池相比，该设计允许更大的双向弯曲。
较厚，绕组的电活性部件提供了卓越的储能能力。该研究的结果表明，高能密度为400.2-1。设计的能量密度达到了具有相同几何体积和材料的常规非锂离子电池的91.76％。亚博网站下载超过两百个充电/放电周期的性能也不错，在多个变形下，电池容量的保留率为92.3％，多达30,000个双向弯曲/折叠。
13,000个动态弯曲测试循环后，电池的放电能力超过151.9 mAh g-1。有限元分析揭示了设备的电极保护机制。结果表明，大多数机械应力是由柔软的互连关节承担的，并且所提出的装置的最大主要应力明显小于在同一弯曲状态下的常规棱镜锂离子细胞。
此外，作者指出，由于能够调整多个几何参数的能力，该提出的设计是高度定制的。研究中呈现的鳄鱼皮肤启发的柔性锂离子电池显示出在可穿戴设备，柔性显示器和软机器人技术等技术中使用的巨大潜力。
Source
Liu, G et al. (2022)鳄鱼皮肤启发的刚性柔性柔性锂离子电池具有高能量密度和双向可变形性[在线的]储能材料亚博网站下载[pre-proof] sciencedirect.com. Available at:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829722000691
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