近日，纽约国际线路检测中心力学与工程科学学院鲍垠桦副教授与北京理工大学赵则昂副教授、宋维力教授以及南京航空航天大学张兴玉讲师合作，在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子19.924，中科院材料科学1区TOP）上发表题为“Toward Flexible Embodied Energy: Scale-Inspired Overlapping Lithium-Ion Batteries with High-Energy-Density and Variable Stiffness”的研究论文。纽约国际线路检测中心为第一完成单位。
柔性锂离子电池应用前景广泛，可为柔性可穿戴电子设备和软体机器人提供能源支持。目前，研究者通过电池结构设计开发了多种类型的高能量密度柔性锂离子电池。然而，多数柔性锂离子电池是单独设计的独立电池（组），未考虑柔性设备的整体优化集成，大大阻碍了柔性设备续航能力和运行效率的进一步提升以及复杂多功能柔性构件的实现。
针对上述问题，文章面向柔性集成能源，设计并制造了一种仿生物鳞甲结构的叠片式柔性锂离子电池。该电池由储能刚性鳞片和柔性连接件组成，制造工艺简单，可实现规模化制造。对电池样品进行动静态弯曲下的电化学性能测试后发现，该电池具有高达374Wh L-1的体积能量密度，在经过40000次弯曲和200次充放电循环后，仍具有93.2%的容量保持率。同时，研究工作验证了电池在动态弯曲下的电化学性能。结果表明，在超11300次动态弯曲和35次充放电循环后，容量保持率为98.3%、平均库伦效率为99.8%，说明了叠片式柔性锂离子电池无论是静态还是动态弯曲测试下都能实现较稳定的能量输出。此外，通过有限元数值方法系统地揭示了可旋转储能叠片的保护机理和电池的变刚度机制，并通过对等效弯曲刚度的参数化分析进一步揭示该电池的变刚度性能和能量密度与电池几何参数间的定量关系。最后，突破传统柔性锂离子电池的单一功能性（储能）。研究工作通过对该电池和柔性设备的结构/储能一体化设计，实现储能、承载和变刚度等多功能特性，展示了变刚度特性在稳定柔性屏弯曲状态，提升视觉舒适性和柔性软抓手、双足机器人变刚度/承载/储能一体化设计的应用。该工作在柔性设备结构/储能一体化工程中具有重要指导意义和潜在应用前景，可有效提升柔性电子设备的续航能力和多功能性。
鲍垠桦副教授是该论文第一/通讯作者，他将持续推进专业研究对接能源工程，深化理论研究的成果应用与转化。该项工作已经得到了国家自然科学基金青年基金、上海市启明星“扬帆专项”及湖北隆中实验室开放基金资助与支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202301581
