傳統的笨重且剛性的平面架構電源系統難以滿足日益增長的可穿戴應用需求。一維纖維狀電池具有微型化、適應性和可編織性等吸引人的特點，是一種有前途的解決方案，但在能量密度和可擴展性方面仍然存在挑戰。本文採用快速擠出墨水技術，發明了一種可緻密功能墨水，用於製備可伸縮、柔性、高質量負載的纖維鋰離子電池。在配方油墨中，引入了吡咯改性還原性氧化石墨烯(py-rGO)，並產生多重影響:它不僅將碳納米管(CNTs)和聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVDF-HFP)組裝在一起，組成一個堅固的、導電的、無團聚的三維網絡，實現了活性材料的超高負載量(75 wt%)，並賦予電極優異的柔性，而且還可以作為毛細管緻密誘導劑，實現極大的線性質量負載(每根纖維1.01 mg cm−1)和填充密度(782.1 mg cm−3)。因此，組裝的纖維鋰離子電池提供了超高的能量密度，具有出色的機械依從性，在所有報導的擠壓纖維電池中表現出最佳性能。這項工作強調了一種高效和簡便的方法來製造高性能纖維狀儲能設備，用於未來的實際可穿戴應用。

圖文簡介

柔性纖維狀LIB的製作過程示意圖

LFP和LTO油墨的流變特性:a)表觀粘度與剪切速率的關係;b) G』和G」與剪切應力的關係。c) LFP電極和d) LTO電極的XRD圖譜。LFP和LTO纖維電極的拉伸強度測試和導電性測試的典型曲線。g-i)光纖電極在直、彎、環三種狀態下點亮LED燈。

這些照片包括a)在凝固浴中收集的濕纖維，b)在線盤中收集的干纖維電極，c)單根纖維可以承受自身重量3000倍的重物的懸浮，以及d)纖維電極以扭轉方式纏繞。e) LFP纖維電極的低、高倍掃描電鏡圖像。h) LFP纖維電極的截面半圖像。i) LFP電極彎曲狀態的掃描電鏡圖像。j) LFP纖維電極中O, P, Fe的EDX映射。k)扭曲纖維電極的SEM圖像。k) PVDF-HFP塗層的放大SEM圖像。m)光纖上PVDF-HFP塗層的截面掃描電鏡圖像。

LFP和LTO纖維電極的電化學性能。a)不同電流密度下的速率曲線;b) 1 C電流密度下的充放電曲線;C) LFP纖維電極的循環性能和庫侖效率;d)不同電流速率下的速率曲線，e)電流密度為1 C時的充放電曲線，f) LTO纖維電極的循環性能和庫侖效率

纖維狀LFP-LTO全電池的電化學性能。a)不同電流密度下的倍性能。b)電流密度為1 c時的循環性能和庫侖效率c)電流密度為0.2 c時的線容量/重容量與纖維電極數量的關係d)本工作中的線性容量與文獻中代表性纖維lib的比較e)與代表性柔性纖維lib的線性能量密度和體積能量密度(固體符號:油墨擠壓，空心符號:f)容量保留與彎曲循環次數的關係。g)在1℃下不同彎曲次數的循環性能。h)重容量與彎曲角度的關係(插圖:光纖LIB在不同角度彎曲的光學圖像)。

演示了預製纖維狀鋰離子電池的柔性儲能應用。a)不同變形狀態下纖維狀LIB的輸出電壓照片。b)纖維狀LIB在不同彎曲角度下點亮紅色LED。c)一個紅色LED由纖維狀LIB供電超過3小時。d) Anarc滑鼠由兩個纖維LIB供電。e) LED帶和f)由串聯集成的纖維LIB單元供電的心率胸部監測帶

論文信息

論文題目：Densifiable Ink Extrusion for Roll-to-Roll Fiber Lithium-Ion Batteries with Ultra-High Linear and Volumetric Energy Densities

通訊作者：張楚虹

通訊單位：四川大學

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