記者從南京理工大學(xué)獲悉，該校格萊特納米科技研究所夏暉課題組在國內(nèi)首創(chuàng)了一種三維納米電極的制備方法，為三維微電池的構(gòu)建提供了新思路和新方法。日前，該成果的相關(guān)研究論文發(fā)表在 Nature系列雜志《NPG Asia Materials》上。
課題負(fù)責(zé)人夏暉副教授介紹，不同于普通的鋰離子電池，微電池以薄膜的形式依次沉積，整個(gè)電池的厚度只有10-20 微米，設(shè)計(jì)成任意形狀和大小集成在IC卡電路中，可循環(huán)充放電達(dá)上萬次，也沒有傳統(tǒng)鋰離子電池的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。薄膜微電池除了能用在超級(jí)智能卡，在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、植入型醫(yī)療裝置、微型傳感器以及微型國防技術(shù)裝備上具有廣闊的應(yīng)用前景。
和二維微電池相比，三維微電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過利用空間高度實(shí)現(xiàn)單位面積較高的能量密度和功率密度，是目前微電子器件微型電源的研究熱點(diǎn)。但是構(gòu)建自支撐三維納米結(jié)構(gòu)的正極材料仍然是目前三維微電池研究的一個(gè)難點(diǎn)，它在很大程度上制約了三維微電池的進(jìn)一步發(fā)展。
夏暉課題組設(shè)計(jì)了一種兩步水熱合成方法，在金屬襯底上成功制備出自支撐LiCoO2納米線陣列。該納米線陣列由具有納米尺寸的LiCoO2晶粒首尾相連組成，呈現(xiàn)出獨(dú)特的“鏈條”結(jié)構(gòu)，這種三維納米線陣列，具有大的表面積和快速離子傳輸?shù)男阅埽趩坞姌O電化學(xué)性能的測試中，其單位面積的比容量可達(dá)到0.27 mAh/cm2，是二維LiCoO2薄膜電極的報(bào)道值的10倍，在單位面積比能量密度增加的同時(shí)，同樣能實(shí)現(xiàn)快速充放電。
據(jù)預(yù)計(jì)，2015年全球微電池市場將超53億美元,國外已經(jīng)有多家公司實(shí)現(xiàn)了微電池產(chǎn)業(yè)化，而我國對微電池的研究起步較晚，仍未有相關(guān)企業(yè)從事該產(chǎn)品的大規(guī)模開發(fā)。南理工夏暉課題組三維正極納米線陣列的成功研制，將進(jìn)一步推進(jìn)三維微電池的發(fā)展，為新一代高性能微電池的研發(fā)提供技術(shù)儲(chǔ)備。
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