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近日，記者從廈門(mén)大學(xué)獲悉，該校材料學(xué)院白華教授與胡曉蘭副教授在承載儲(chǔ)能一體化電容器的研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
承載儲(chǔ)能一體化器件（LEID）又稱結(jié)構(gòu)功能一體化材料，是一種同時(shí)具有力學(xué)承載能力和電化學(xué)儲(chǔ)能能力的高強(qiáng)度復(fù)合材料。“如果汽車外殼、底盤(pán)等結(jié)構(gòu)部件可以作為電源使用，則能夠在不增加專用電源質(zhì)量和體積的前提下提升系統(tǒng)總能量密度。”白華說(shuō)，LEID的概念已經(jīng)提出了多年，但兼具高機(jī)械性能和電化學(xué)性能的器件的報(bào)道少之又少，原因在于缺乏高強(qiáng)度固體電解質(zhì)，且缺乏器件結(jié)構(gòu)和材料層面獨(dú)特的設(shè)計(jì)。
白華與胡曉蘭系統(tǒng)地研究了聚合物基固態(tài)電解質(zhì)及其在可加工的承載儲(chǔ)能一體化超級(jí)電容器中的應(yīng)用，制得了具有高離子電導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度的雙連續(xù)相聚合物固態(tài)電解質(zhì)EP50。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)以碳纖維織物作為電極、玻璃纖維織物作為隔膜，同時(shí)二者也作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體，并以固態(tài)電解質(zhì)EP50作為復(fù)合材料的基體，可以制得承載儲(chǔ)能一體化超級(jí)電容器。
據(jù)白華介紹，1萬(wàn)次循環(huán)測(cè)試后電容保持率為92%，反映了器件具有優(yōu)異的儲(chǔ)能性能和循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，器件的彎曲斷裂強(qiáng)度、彎曲模量均顯著高于常見(jiàn)的工程塑料。此外，器件還承受鉆孔、切割等二次加工，而不損失其能量存儲(chǔ)能力。因此，器件可以作為承載材料使用，并利用傳統(tǒng)的加工組裝方式集成到系統(tǒng)之中。
值得一提的是，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了兩種多層LEID結(jié)構(gòu)一體化器件的結(jié)構(gòu)（連通型和分隔型），并進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明，連通型的多層器件只能工作在并聯(lián)模式下，而分隔型的多層器件可以工作在串聯(lián)和并聯(lián)兩種模式下，雖然制備較為復(fù)雜，但是具有靈活的工作方式。
據(jù)了解，這是已有的文獻(xiàn)中首次對(duì)多層電化學(xué)LEID的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能進(jìn)行研究，證實(shí)了通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，LEID可以以靈活的方式為提高移動(dòng)系統(tǒng)的能量密度提供解決方案。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廈門(mén)市青年創(chuàng)新基金等的資助。（記者 林霞）