[发明专利]纤维形电能采集和存储装置及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及纤维形电能采集和存储装置以及制造该装置的方法。

背景技术

与平板结构或者块体结构相比较，纤维形电能采集和存储装置重量轻，柔韧，并且可编织，因而得到很多关注。近几年，对纤维形太阳能电池、超级电容器和锂离子电池的研究已被集中地进行。通常的纤维形电能采集装置通过将两个涂覆有活性材料的纤维电极彼此缠绕来制造。为了减小通常的纤维形电能采集装置的尺寸并且改善其性能，光电转换装置和电化学存储装置需要被集成到单个纤维形装置中。

发明内容

纤维形电能采集和存储装置以及制造它的方法被提供。

附加方面部分地将在随后的描述中被阐明，部分地将因为该描述而明显，或者可以通过对所介绍的实施方式的实践而被了解。

根据本发明的一方面，一种电能采集和存储装置包括：纤维形基底；被设置为围绕所述基底的锂离子存储单元；以及被设置为围绕锂离子存储单元的多个光电转换单元。

光电转换单元可以在基底的长度方向上互相间隔开，并且可以彼此串联连接。

锂离子存储单元可以包括绕基底设置的纤维形阴极和纤维形阳极、被设置为与基底间隔开并且围绕基底的第一圆柱形管、以及被设置为填充基底和第一圆柱形管之间的空间的第一电解质。

阴极和阳极可以缠绕基底，并且阴极和阳极中的每一个可以包括定向多壁碳纳米管(MWCNT)和附着于所述MWCNT的活性材料纳米颗粒。

光电转换单元中的每一个可以包括设置在第一圆柱形管上的对电极、设置在对电极上的光电阳极、设置为与第一圆柱形管间隔开并且围绕第一圆柱 形管的第二圆柱形管、以及设置为填充第一圆柱形管和第二圆柱形管之间的空间的第二电解质。

对电极可以包括被设置为围绕第一圆柱形管的定向MWCNT。光电阳极可以以螺旋形状缠绕对电极。光电阳极可以包括设置在对电极上的钛(Ti)金属线、以及在Ti金属线的表面上垂直地排列的Ti二氧化物纳米管。

光电转换单元的光电阳极可以被电连接至与前者光电转换单元相邻的光电转换单元的对电极。光电转换单元的光电阳极可以被电连接至锂离子存储单元的阳极，以及光电转换单元的对电极可以被电连接至锂离子存储单元的阴极。

根据本发明的一方面，一种制造电能采集和存储装置的方法包括：准备纤维形基底；设置锂离子存储单元以围绕基底；以及设置多个光电转换单元以围绕锂离子存储单元。

光电转换单元可以在基底的长度方向上互相间隔开，并且可以彼此串联连接。

锂离子存储单元的所述设置可以包括：在基底上设置纤维形阴极和纤维形阳极；设置第一圆柱形管以与基底间隔开并且围绕基底；以及在基底和第一圆柱形管之间设置第一电解质。

阴极和阳极中的每一个可以包括定向MWCNT和附着于定向MWCNT的活性材料纳米颗粒。

光电转换单元的所述设置可以包括：在第一圆柱形管上设置对电极；在对电极上设置光电阳极；设置第二圆柱形管以与第一圆柱形管间隔开并且围绕第一圆柱形管；以及在第一圆柱形管和第二圆柱形管之间设置第二电解质。

光电阳极可以以螺旋形状缠绕对电极。光电转换单元中的每一个的光电阳极可以被电连接至与所述每个光电转换单元相邻的光电转换单元的对电极。

附图说明

由于以下结合附图的对实施方式的描述，这些和/或其它方面将变得明显且更容易理解，附图中：

图1是根据一示例性实施方式的电能采集和存储装置的透视图；

图2是沿图1中的线II-II截取的剖视图；

图3示出图1的电能采集和存储装置中设置在纤维形基底上的阴极和阳极；

图4示出图1的电能采集和存储装置中设置在对电极上的光电阳极；

图5A-5F是透视图，其用于解释制造根据图1的示例性实施方式的电能采集和存储装置的方法；

图6A是扫描电子显微镜(SEM)图像，其示出钛(Ti)金属线以螺旋形状缠绕定向多壁碳纳米管(MWCNT)；

图6B是SEM图像，其示出定向MWCNT片；

图6C是SEM图像，其示出Ti二氧化物纳米管；

图6D是SEM图像，其示出Ti金属线和定向MWCNT之间的连接部分；

图6E是SEM图像，其示出包括纤维形阴极和纤维形阳极的电能采集和存储装置的横截面；

图6F和6G分别是包括附着于其上的LiMn₂O₄(LMO)纳米颗粒的定向MWCNT的SEM图像和该定向MWCNT的放大图；