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Team entwickelt hochflexible, hochenergetische Textil-Lithium-Batterie für Wearable Electronics

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Die neuartige leichte Textile Lithium-Batterie von PolyU weist eine hohe Energiedichte von mehr als 450 Wh/L und eine ausgezeichnete Flexibilität auf - mit einem Biegeradius von weniger als 1 mm und einer Faltbarkeit von über 1.000 Zyklen bei geringer Kapazitätsabnahme

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Im Vergleich dazu kann die vorhandene biegsame Lithium-Batterie nur einen Biegeradius von etwa 25 mm und eine deutlich geringere Leistung von weniger als 200 Wh/L erreichen. Die Textile Lithium-Batterie, die weniger als 0,5 mm dick ist, verfügt ebenfalls über eine schnelle Lade-/Entladefähigkeit und eine lange Lebensdauer, die mit herkömmlichen Lithium-Batterien vergleichbar ist[Bitte beachten Sie den Anhang für einen detaillierten Leistungsvergleich zwischen der Textile Lithium-Batterie von PolyU und anderen Batterien]

Die vom Forschungsteam des PolyU Institute of Textiles and Clothing (ITC) entwickelte Innovation hat an der 47. Internationalen Erfindermesse in Genf im April dieses Jahres drei Preise gewonnen, nämlich eine Goldmedaille und zwei Special Merit Awards.

Professor ZHENG Zijian, der das ITC-Forschungsteam leitet, sagte: "Die Wearable-Technologie wurde als die nächste globale große Marktchance nach Smartphones bezeichnet. Es wird prognostiziert, dass der weltweite Marktumsatz für tragbare Geräte sprunghaft um über 20% jährlich wachsen wird und bis 2024 100 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Da jede tragbare Elektronik eine tragbare Energieversorgung erfordert, bietet unsere neuartige Technologie bei der Herstellung von textilen Lithium-Batterien eine vielversprechende Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen der nächsten Generation, die von Gesundheitsversorgung, Infotainment, Sport, Luft- und Raumfahrt, Mode, IoT (Internet der Dinge) bis hin zu allen Anwendungen zur Erfassung oder Nachverfolgung reichen, die sogar unsere heutigen Vorstellungen übertreffen können."

Lithium-Batterien sind aufgrund ihrer relativ hohen Energiedichte und langen Lebensdauer derzeit die dominierende wiederaufladbare Batterie auf dem Markt. Da herkömmliche sperrige schwere Lithium-Batterien schwer in tragbaren Geräten zu verwenden sind, haben sich die Wissenschaftler in den letzten zehn Jahren bemüht, biegsame Lithium-Batterien zu entwickeln, oft unter Verwendung von Metallfolien als Stromabnehmer. Die Engpässe in Bezug auf Energiedichte, Flexibilität, mechanische Robustheit und Zyklenfestigkeit können jedoch nur bis zum Erscheinen der Textile Lithium Battery von PolyU behoben werden: Durch die patentierte, neuartige Technologie der Polymer-Assisted Metal Deposition (PAMD) von PolyU werden hochleitfähiges Metall, Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) gleichmäßig und konform auf vorbehandelte Gewebe aufgebracht. Solche gefertigten Metallgewebe mit geringem Schichtwiderstand und großer Oberfläche dienen als Stromabnehmer in der Batterie. Nach dem Hinzufügen von aktiven Materialien als Kathode und Anode werden die Metallgewebe zusammen mit Separator und Elektrolyt zu der textilen Lithium-Batterie zusammengeführt.

Die vom ITC-Team durchgeführten Labortests haben die extrem hohe mechanische Stabilität, Langlebigkeit und Sicherheit der textilen Lithium-Batterie unter Verformung nachgewiesen. Wenn die Batterie wiederholt halbiert, in verschiedenen Winkeln gedreht oder frei geknittert wird, bleibt ihr Spannungsfenster unverändert. Der Biegeversuch zeigte, dass die Batterie über 1.000 Mal mit geringer Kapazitätsabnahme gebogen werden kann. Sicherheitstests durch kontinuierliches Hämmern, Schneiden mit der Schere und Eindringen mit dem Nagel haben ergeben, dass die Batterie eine stabile Ausgangsleistung für die elektronischen Komponenten liefern kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie Feuer fängt oder platzt.