纸质锂电池

研发背景

电池是各种携带型电子产品的重要却又恼人的部件。尤其碰到大而且重的电池，让设备的移动性更差，而较小的电池，又会导致设备性能降低或电池寿命变短。

史丹福大学开发的新型锂离子电池或将让这一切变得更加便捷：新型的超薄可充电电池已经可以製作在一张纸上，从此变得轻型，灵活，就像普通的A4纸一样方便。

纸质锂电池是用一种薄膜碳纳米管涂在表层含有金属的锂化合物纳米管上，这些很薄的双层薄膜被固定在普通纸张的两面，起到分离电极的作用；锂作为电极，而碳纳米管层则是电流集合管。

性能优势

纸质锂电池仅有300微米厚，灵活而超轻薄，而且节能效果比其它电池更好。纸质锂电池不是一次性的电池，已经超过300次循环充电测试。纸质锂电池生产难度不高，比其他瘦身电池的方法更加容易投入商用化。

技术原理

概况

纸质锂电池是将薄膜碳纳米管涂在表层含有金属的锂化合物纳米管上，这些很薄的双层薄膜被固定在普通纸张的两面。纸张既是电池的支撑结构，同时也起到分离电极的作用；锂作为电极，而碳纳米管层则是电流集合管。

技术比较

传统锂离子电池是用锂基粉末作电极，而纸质锂电池是用碳纳米管(CNT)墨水作电极，用纤薄透气的Kimwipes纸巾(一种实验室用薄纸巾)作基底，并涂上一层PVDF(聚偏二氟乙烯)涂层增强CNT墨水和纸基间的粘附力。

套用领域

虽然纸质锂电池还不太成熟，也可能并非所有移动设备的最理想配件，但它们可能在未来大有用处，如智慧型化包装，电子标籤套用以及电子纸产品等领域。

研究进展

美国亚利桑那大学科学家开发出一种纸基锂离子电池，能做多次对摺或折成Miura-ori型（类似地图折法），由于摺叠后变得更小，表面能量密度和电容可增加14倍。这种摺叠纸基电池柔韧灵活，成本低，可辊轴製造，有望进一步开发为多用途的高性能电池。
研究人员对电池进行了摺叠实验，先简单对摺，然后用更複杂的Miura-ori摺叠型。简单对摺一次、两次和三次后，其表面能量密度和电容分别比未摺叠的平面电池提高1.9、4.7和10.6倍；Miura-ori摺叠型效率更高：把一张6厘米×7厘米的纸电池折成25层后，整体面积只有1.68平方厘米，而表面能量密度和电容均增加到14倍。

相对于平面电池，以Miura-ori 法摺叠的电池的某些性能稍有降低，包括放电容量与电容率的降低。研究人员认为，这些损失可能是由于垂直褶皱交叉点的分层，因为这些电池中含有16个顶点。为了防止电池，研究人员在层与层之间使用了一种柔韧的绝缘薄膜：聚对二甲苯- C。这项研究成果使人们首次看到了使用摺叠法增加锂离子电池单位面积能量密度和容量的潜力。

随着几何摺叠算法、计算机工具和机器人操作的发展，更複杂的摺叠型将会开发出来大规模製造，并用于商业用途。