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　隨著輕質(zhì)、便攜、柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展，柔性二次電池引起了研究者的廣泛關(guān)注。在保持高性能的前提下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的柔韌性，將是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的瓶頸難題。其中，新型柔性高性能電極的設(shè)計(jì)與制備是最關(guān)鍵的核心問(wèn)題之一。針對(duì)該問(wèn)題，在國(guó)家自然科學(xué)基金、學(xué)校材料科學(xué)與工程雙一流建設(shè)經(jīng)費(fèi)和科技處中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助下，吳興隆教授小組以常見(jiàn)的柔性紙巾為生物質(zhì)類(lèi)前驅(qū)體，通過(guò)控制碳化條件，設(shè)計(jì)制備了自支撐柔性硬碳電極，將其用作鈉離子電池負(fù)極時(shí)，表現(xiàn)出高的初始庫(kù)倫效率和優(yōu)異低溫性能，相關(guān)成果以以“Self-Supporting, Flexible, Additive-Free, and Scalable Hard Carbon Paper Self-Interwoven by 1D Microbelts: Superb Room/Low-Temperature Sodium Storage and Working Mechanism”為題發(fā)表于Advanced Materials（2019,31(40), 1903125）上，并被遴選為雜志當(dāng)期內(nèi)封面進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

　　如圖1所示，在醚類(lèi)電解液中，這種柔性自支撐硬碳電極負(fù)極實(shí)現(xiàn)了高達(dá)91.2 %的初始庫(kù)倫效率，表現(xiàn)出了高倍率性能、長(zhǎng)循環(huán)壽命和非常優(yōu)異的低溫性能（-25℃下的儲(chǔ)鈉容量保持率達(dá)室溫時(shí)的89.0%）。此外，還揭示了該柔性電極在“吸附-插層”儲(chǔ)鈉過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)決速過(guò)程。

圖1　自支撐柔性硬碳電極儲(chǔ)鈉性能的相關(guān)研究成果

　　進(jìn)一步地，以商品化棉布為原料，通過(guò)控制碳化條件和P摻雜技術(shù)，提升了棉布衍生柔性碳布電極儲(chǔ)能性能（ACS Appl. Mater. Interfaces　2017,9(14), 12518和ACS Appl. Mater. Interfaces　2018,10(21), 17903）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步以該類(lèi)碳布為正極集流體和支撐電極，開(kāi)發(fā)了高性能柔性鈉/鉀離子全電池，相關(guān)成果以“Flexible Na/K-Ion Full Batteries from the Renewable Cotton Cloth-Derived Stable, Low-Cost, and Binder-Free Anode and Cathode”為題發(fā)表于Advanced Energy Materials（2019,9(38), 1902056）上，并被遴選為雜志當(dāng)期封底進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

　　如圖2所示，以棉布衍生所得碳布為鈉/鉀離子電池負(fù)極和正極的柔性基底，活性普魯士藍(lán)立方體原位生長(zhǎng)于碳布上后為柔性正極，組裝的鈉/鉀離子全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能、柔韌性以及實(shí)用性。該研究為柔性電極的設(shè)計(jì)提供了新的研究思路，有望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出更高性能的柔性鋰/鈉/鉀等二次電池并促進(jìn)其實(shí)用化。

圖2　棉布衍生碳布基柔性鈉/鉀離子電池的相關(guān)研究成果

　　附：Advanced Materials相關(guān)文章

　　　　Advanced Energy Materials相關(guān)文章