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新材料：復旦大学の科学研究チームは高性能繊維電池及び電池織物の研究において新たな突破を得た

2024/4/28 13:39:00 0

　　柔らかくて通気性のある服は、エネルギーを蓄えるだけでなく、携帯電話や時計などの身の回りの電子機器にも便利に電力を供給することができます。SF作品に存在したこのシーンは、すでに現実のものになっている。

　　最近、復旦大学の科学研究チームは高性能繊維電池及び電池織物の研究において新たな突破を得た：細孔構造を有する繊維電極の設計を通じて、電極と高分子ゲル電解質の有効な複合を実現し、チームは高分子ゲル電解質と電極界面の安定性が悪い難題を解決しただけでなく、繊維電池の連続化構築方法を発展させ、高安全性、高エネルギー貯蔵性能繊維電池の規模製造を実現した。関連研究成果は『ネイチャー』の主要誌に発表された。

4月22日、復旦大学の科学研究者は携帯電話が繊維電池を編んだ織物の上に置いて充電できることを示した。新華社記者劉穎摂

　　長年の探索を経て、復旦大学チームは相次いで「繊維構造を設計して柔軟なリチウムイオン電池を獲得する」「高エネルギー密度の繊維リチウムイオン電池を製造する」という2つの難題を克服した、「高安全性繊維リチウムイオン電池の実現」が課題の「最後の1キロ」である。科学研究チームの責任者で中国科学院の彭慧勝院士によると、繊維電池織物は人体と密接に密着しているため、漏れやすい有機電解質の代わりに安全性の高い高分子ゲル電解質を用いなければならないが、高分子ゲル電解質に基づく繊維電池は貯蔵性能を向上させるためには、高分子ゲル電解質と繊維電極との界面不安定という難題を解決しなければならない。

　　チームは最終的にツタと植物つるがしっかりと絡み合うという自然現象から啓発され、その奥義を研究した後、多層ネットワークの細孔質と配向細孔質を有する繊維電極を設計し、そしてモノマー溶液を開発して繊維電極の細孔構造に浸透させ、モノマーが重合反応を起こした後に高分子ゲル電解質を生成し、繊維電極と緊密で安定な界面を形成し、さらに、高い安全性と高いエネルギー貯蔵性能の両立を実現した。

　　この基礎の上で、チームは高分子ゲル電解質繊維電池に基づく連続化製造方法を発展させ、数千メートル長繊維リチウムイオン電池の製造を実現し、そのエネルギー密度は128 WHr/kgに達し、ドローンなどの大電力用電器に有効に電力を供給することができ、同時に優れた耐変形能力を持っている。

4月22日、復旦大学の科学研究者は高性能繊維電池を展示した。新華社記者劉穎摂

　　彭慧勝氏によると、独自にキーデバイスを設計することで、チームは活性スラリーコーティング、高分子分離膜コーティング、繊維螺旋巻き、ゲル電解質複合及び高分子溶融パッケージをコアステップとする繊維電池中試験生産ラインを構築し、1時間当たり300ワット時の生産能力を実現し、1時間当たりに生産された電池は同時に20台の携帯電話に充電できることに相当する。これは繊維電池の大規模な応用に有力な支持を提供した。

　　現在、チームは工業編組方法を用いて大面積繊維電池織物を製造している。関連する工業規格の下で、電池織物は大電流充放電、過圧充電と不足圧放電、高温貯蔵を受けた後に漏れ、発火などの事故が発生せず、良好な安全性と安定性を示した、電池織物は高低温、真空環境中及び外力破壊下においても安全かつ安定的に電気器具に電力を供給することができる。

　　「この繊維電池は消防災害救援、極地科学試験、航空宇宙などの重要な分野に応用でき、より多くの応用シーンは各方面が共同で開拓する必要がある」と彭慧勝氏は述べた。