便攜式電子產(chǎn)品正朝著超薄、集成、靈活甚至可穿戴設(shè)備的方向發(fā)展。為了匹配這些電子器件，實(shí)現(xiàn)完全自供電的柔性電子系統(tǒng)，必須考慮和設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)化集成配置的柔性儲(chǔ)能器件。在各種儲(chǔ)能裝置中，鋰-硫電池由于其理論能量密度2567W*h/公斤，成本低，是一種很有前途的電池，因此對(duì)柔性鋰-硫電池有著很高的要求。

柔性鋰電池的成功組裝主要依賴于柔性元件的制備和創(chuàng)新配置的設(shè)計(jì)。近年來(lái)，各種獨(dú)立的碳/硫復(fù)合膜因其優(yōu)異的機(jī)械電化學(xué)性能而被直接作為柔性鋰電池的陰極。但是，大多數(shù)柔性鋰電池仍然是通過(guò)夾在兩個(gè)隔離電極之間的隔板來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的堆疊結(jié)構(gòu)來(lái)組裝的。當(dāng)這些具有傳統(tǒng)堆疊結(jié)構(gòu)的柔性器件被彎曲到不同的水平時(shí)，由于外部變形導(dǎo)致相鄰元件之間的位移和分離，會(huì)嚴(yán)重降低器件的性能，甚至導(dǎo)致短路。因此，不同電極和不同配置的柔性鋰電池需要進(jìn)一步發(fā)展。

近年來(lái)，各種集電極、分離器、甚至集電極于一體的柔性儲(chǔ)能裝置被設(shè)計(jì)出來(lái)。一體機(jī)連續(xù)無(wú)縫連接，既保證了高效的電子和/或負(fù)載傳遞能力，又避免了相鄰元件在頻繁的機(jī)械變形下的相對(duì)位移或分離，提高了機(jī)械性能和電化學(xué)穩(wěn)定性。但是，由于孤立的碳/硫復(fù)合膜陰極和Li電極的使用限制了鋰/硫復(fù)合膜陰極和Li陽(yáng)極之間的連續(xù)無(wú)縫集成，目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一體柔性鋰-硫電池。因此，必須制定一種策略來(lái)設(shè)計(jì)一種一體的柔性鋰電池。多孔聚合物分離器是傳統(tǒng)鋰電池的重要組成部分。由于其天然的柔韌性，它還可以作為柔性襯底來(lái)支持電極和緩沖彎曲過(guò)程中的內(nèi)應(yīng)力。如果將鋰-硫電池的功能部件集成到聚合物分離器上，實(shí)現(xiàn)一體配置，就可以獲得性能穩(wěn)定的高柔性鋰-硫電池。

近日，南開(kāi)大學(xué)牛志強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種柔性集成一體結(jié)構(gòu)，將納米碳管/硫(MWCNTs/S)陰極、MWCNTs/二氧化錳(MnO2)夾層和蒸發(fā)Li陽(yáng)極結(jié)合在聚丙烯(PP)分離器上，葉片涂層與真空蒸發(fā)相結(jié)合。這種一體結(jié)構(gòu)不僅可以降低界面接觸阻力，而且可以避免彎曲狀態(tài)下相鄰元件之間的相對(duì)位移或分離，保證有效的電子和負(fù)載傳遞能力。因此，合成的Li-S電池在不同的機(jī)械變形下具有較高的柔韌性和穩(wěn)定的電化學(xué)性能。它提供了一種策略，將一個(gè)靈活的儲(chǔ)能設(shè)備的所有組件組裝成一個(gè)具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一體化架構(gòu)。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，這種柔性的鋰-硫電池在接近180度的彎曲下電化學(xué)性能仍然較為穩(wěn)定。而且在接近10000次的重復(fù)彎曲下，電化學(xué)性能仍然可以保持恒定。此外，研究團(tuán)隊(duì)組裝了全電池，在0.1庫(kù)侖，0.2庫(kù)侖，0.5庫(kù)侖，1庫(kù)侖和2庫(kù)侖的電流密度下進(jìn)行充放電循環(huán)，全電池仍然能分別表現(xiàn)出1183.9,1059.1,945.7,856.6,and682.3mAh/克的高可逆電容。為了更直觀地展示一體軟包Li-S電池的優(yōu)異靈活性，用兩組一體電池來(lái)點(diǎn)亮LED蓮花燈，當(dāng)電池被滾動(dòng)，扭曲，甚至折疊，蓮花燈可以很好地照明，并保持一個(gè)相近的亮度。當(dāng)電池恢復(fù)到平面狀態(tài)，蓮花燈仍然可以以相同的亮度點(diǎn)亮。這進(jìn)一步說(shuō)明，柔性一體Li-S電池是一種實(shí)用的柔性儲(chǔ)能裝置。

雖然這種電池還只是在實(shí)驗(yàn)室研制階段，但是展示出的性能及柔韌性足以說(shuō)明這種電池在未來(lái)柔性可穿戴電子設(shè)備的潛在應(yīng)用價(jià)值。期待未來(lái)酷炫的便攜式電子設(shè)備早日到來(lái)。