在一项新研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员制作了线状纤维形状的阴极或电池的正极。研究人员能够使用这种纤维制造出可以为手表供电的锌离子电池原型。
这项概念验证研究发表在《ACS应用材料与界面》杂志上，是开发最终可集成到服装中的纤维状电池的又向前迈出一步。
“最终，我们想制造一个纱线形状的电池，这样我们就可以把它放在真正的衣服里，最好把它藏起来，”该研究的通讯作者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学副教授Wei Gao说。“在这项研究中，我们创造了一种纱线形状的阴极。我们的发现对于如此短的纤维带来说非常有希望，我们希望继续这项工作，以提高我们设计的性能、安全性和机械性能。”
为了制造阴极，研究人员利用石墨烯的独特特性——一种具有高表面积和良好导电性的坚固材料——来制造纱线状的锌离子电池。
在他们的研究中，研究人员创造了各种形状和大小的不同二氧化锰微粒。然后，他们使用溶液纺丝工艺形成由氧化石墨烯制成的纤维，其中嵌入了二氧化锰颗粒。他们研究了纤维的电化学和其他特性。
“由于我们正在尝试制造纤维状锌离子电池，因此我们不仅关心电池性能，还关心机械性能——我们需要纤维既坚固又灵活，”研究人员说。
研究人员发现，他们用来制造阴极的氧化石墨烯和二氧化锰材料的形状会影响其电化学功能。具体来说，他们发现较短的棒状二氧化锰成分与石墨烯均匀混合，使研究人员能够制造出可作为功能性电池原型使用的纤维。相比之下，他们发现当二氧化锰呈“海胆”形状时，纤维不能用于功能性电池。
“当石墨烯和二氧化锰充分混合时，你可以使用纤维来制造功能性电池，”该研究的第一作者、北卡罗来纳州立大学前研究生Nakarin Subjalearndee说。“如果二氧化锰的形状像海胆，就说明阴极线表面粗糙，无法使用。”
研究人员补充道：“棒状二氧化锰给了我们最好的性能。与海胆形状的颗粒相比，这些颗粒模仿了纤维的结构或几何形状，海胆形状的颗粒是圆形的，各种边缘都指向外边。他们扰乱了纤维内氧化石墨烯纳米片的堆叠。”
虽然电池的性能很低，但研究人员能够用它来为手表供电。同时，这项研究表明，纤维中添加剂的形状和大小影响了氧化石墨烯的纤维形成过程。该团队希望继续他们的工作以提高设计的性能。
