广州大学刘兆清团队: 柔性电化学储能装置及应用–最新进展与挑战

文摘   2024-09-06 09:41   英国  

研究背景

随着人们对储能设备需求的不断增长,具有可压缩,折叠和拉伸功能的柔性电子设备的研究迫在眉睫,如智能服装,电子皮肤,显示器,柔性智能手机和植入式医疗设备等。
然而,常规的金属集流体经过反复形变之后难以恢复初始状态;此外,在电子器件发生形变时,内部的液态电解质存在泄露的风险。因此,亟需设计具有优越机械性能的电极和固态凝胶电解质来推动柔性储能器件的发展。

研究内容

近日,广州大学刘兆清教授肖抗副教授江苏大学曹顺生教授总结并讨论了近几年报导的关于柔性电化学储能领域的研究进展。从不同类型的电化学储能装置(超级电容器,各种二次电池)出发,评估了柔性碳基电极材料和凝胶电解质对储能器件力学性能和电化学性能的影响。最后提出了进一步发展柔性电化学储能装置可能的方向。
  • 图 1. 近年来关于柔性电化学储能的代表性工作时间轴图
图 1 的时间表展示了用于柔性储能设备的碳基电极材料和凝胶电解质的发展过程以及它们在可穿戴电子产品中的应用。论文和专利数量的不断增加反映出近年来柔性储能逐渐引起学术界和工业界的广泛关注。目前人们正致力于通过提高舒适性,耐用性和多功能性来进一步优化可穿戴电子产品,最终为其商业化铺平道路。

  • 图 2. 综述大纲图
该综述首先详细讨论了柔性电极材料和凝胶电解质的合成策略,随后的章节对目前应用于可穿戴电子产品的电化学储能系统(超级电容器,锌离子电池,金属-空气电池,锂离子电池,锂-硫电池,钠离子电池)进行了全面的论述,评估了柔性碳基电极材料和凝胶电解质对这些器件整体的变形性能,抗疲劳能力,比容量,倍率性能和循环稳定性的影响。最后全面总结了这些电化学储能系统的优势和不足,并指出该领域未来有待研究的方向:
  1. 低容量的柔性衬底以及低活性材料载量导致电化学性能不理想,并且在形变和充放电循环过程中活性物质容易脱落的问题;

  2. “一体化”柔性储能设备实现储能器件各组件的集成;

  3. 发展先进高效的纺织技术实现储能设备在柔性,透气纺织品中的无缝集成;

  4. 开发多功能性,智能化的可穿戴便携式电子产品,例如自我修复,耐极端温度以及多种变形能力;

  5. 设计生物相容性良好的触摸式交互面板。
该综述以 “Flexible electrochemical energy storage devices and related applications: recent progress and challenges”(《柔性电化学储能装置及相关应用:最新进展与挑战》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上。

论文信息

  • Flexible electrochemical energy storage devices and related applications: recent progress and challenges
    Bo-Hao Xiao, Kang Xiao*, Jian-Xi Li, Can-Fei Xiao, Shunsheng Cao* and Zhao-Qing Liu*刘兆清,广州大学)
    Chem. Sci., 2024, 15, 11229–11266
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC02139H

作者简介

肖伯昊 博士研究生
江苏大学

本文第一作者,江苏大学材料科学与工程专业博士研究生。主要从事电化学能源存储与转化的研究工作,内容包括柔性碳基电极材料的制备及其在超级电容器中的应用,水系二次电池电极材料和电解质的设计和应用等。撰写或合作撰写了 7 篇 SCI 论文和 1 项国家发明专利。







肖抗 副教授
广州大学

本文通讯作者,广州大学,副教授,广州市青年人才托举工程对象,主要从事清洁能源材料相关的应用基础研究。以第一/通讯作者在 PNAS., Angew. Chem. Int. Ed., Energy. Environ. Sci., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Lett., Chem. Sci. 等国际权威期刊上发表 SCI 论文 30 余篇。







曹顺生 教授

江苏大学

本文通讯作者,江苏大学教授,博士生导师,主要从事智能材料和混合材料等先进材料的设计和合成。2011 年至 2013 年获得了著名的玛丽·居里国际奖学金(Marie Curie International Incoming Fellowship),并作为玛丽·居里研究员(IIF)在英国克兰菲尔德大学工作。在同行评审期刊上发表了 80 多篇论文,并参与了 Wiley-VCH, Elsevier 和 Bentham Science 等知名出版商的电子书(章节)编辑工作。







刘兆清 教授
广州大学

本文通讯作者,广州大学教授,博士生导师,英国皇家化学会会士,国家高层次青年人才,广东省杰出青年基金项目获得者,广州市高层次人才-优秀专家,以第一/通讯作者在 PNAS., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.,Energy. Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Sci. Bull., Appl. Catal. B Environ. 等期刊发表 SCI 论文 170 余篇,入选科睿唯安全球高被引学者 (2021–2023),获 2021 年广东省自然科学二等奖 (第一)。

期刊介绍

Home to exceptional research and thought-provoking ideas. Open and free, for authors and readers.

rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*7.6
5-年影响因子*8.0
JCR 分区*Q1 化学-综合
CiteScore 分14.4
中位一审周期33 


Chemical Science 是涵盖化学科学各领域的跨学科综合性期刊,也是英国皇家化学会的旗舰期刊。所发表的论文不仅要在相应的领域内具有重大意义,而且还应能引起化学科学其它领域的读者的广泛兴趣。所发表的论文应包含重大进展、概念上的创新与进步或者是对领域发展的真知灼见。发文范围包括但不限于有机化学、无机化学、物理化学、材料科学、纳米科学、催化、化学生物学、分析化学、超分子化学、理论化学、计算化学、绿色化学、能源与环境化学等。作为一本钻石开放获取的期刊,读者可以免费获取所发表论文的全文,同时从该刊的论文版面费由英国皇家化学会承担,论文作者无需付费。

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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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