ICS 07.120 CCS K 82 中华人民共和国国家标准 GB/T 42471—2023 纳米技术 柔性纳米储能器件弯曲测试方法 NanotechnologiesBending test of flexible energy storage nanodevices 2023-03-17发布 2023-10-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标准化管理委员会 GB/T42471—2023 前言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）归口。 本文件起草单位：国家纳米科学中心、深圳市德方纳米科技股份有限公司。 本文件主要起草人：毛立娟、魏志祥、吴海平、闫晓英、王远航、孙言、邱志平。 1 GB/T42471—2023 引言 电子设备的柔性便携化带来很多便利，而传统储能器件较为刚性，无法与现代柔性电子设备集 成，于是基于纳米材料或纳米技术制造的柔性纳米储能器件应运而生。选用纳米材料基材（如碳纳米 管、石墨烯、碳纤维、低维纳米结构材料及相应复合材料等），并结合纳米结构活性物质，柔性纳米储能器 件可在获取储能优势的基础上提高器件柔性，实现全柔性集成电子系统， 柔性纳米储能器件的应用领域和使用寿命取决于柔性形变时储能性能的可靠性，柔性是其特有的 重要的评估指标。在弯曲条件下监控储能性能变化，是评估其柔性的常用方法。然而，目前弯曲测试的 具体过程和评估参数并不统一，不利于柔性纳米储能器件的准确评估和相互比较。相应标准方法的建 立，对柔性纳米储能器件的性能比较和设计研发具有重要意义。 Ⅱ GB/T42471—2023 纳米技术 柔性纳米储能器件弯曲测试方法 1范围 本文件描述了柔性纳米储能器件弯曲性能的测试方法 本文件适用于评估可反复弯曲形变的柔性纳米储能器件的弯曲性能。 2规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于 本文件。 GB/T30544.1纳米科技术语第1部分：核心术语 GB/T30544.4纳米科技术语第4部分：纳米结构材料 3术语和定义 GB/T30544.1、GB/T30544.4界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 柔性纳米储能器件flexibleenergystoragenanodevices 基于纳米材料或纳米技术制造而成，在反复弯曲、扭曲等形变条件下可维持工作的储能器件。 3.2 弯曲应变bendingstrain 由于弯曲引发的，表示柔性纳米储能器件的弯曲形变程度的，器件外/内表面层的长度变化率。 3.3 弯曲测试bendingtest 控制弯曲半径和弯曲角度，使柔性纳米储能器件经过一定程度的、反复的弯曲应变后，观察储能性 能保持情况的测试。 3.4 弯曲角度 bendingdegree 柔性纳米储能器件两端沿弯曲方向变化的角度。 注：弯曲角度是通过待测器件与弯曲模具的两个末端接触点的切线交汇形成的外角，也等于两末端接触点与弯曲 模具圆心连线形成的夹角。 3.5 弯曲次数 bending cycle 柔性纳米储能器件完成一个弯曲循环的次数。 注：一个弯曲循环是指待测器件从初始状态→弯曲状态→初始状态的过程。 3.6 弯曲高度bendingheight 柔性纳米储能器件中含有电极材料部分的两端在竖直方向的高度。 1 GB/T42471—2023 3.7 弯曲距离bendingdistance 柔性纳米储能器件中含有电极材料部分的两端在水平方向的距离。 3.8 柔性纳米储能器件的厚度 thickness of flexible energy storage nanodevices 柔性纳米储能器件中含有电极材料部分的厚度。 注1：排除极耳焊接和封装边缘等不含电极材料的位置。 注2：对于特殊结构设计、在电极位置具有不均一厚度的柔性纳米储能器件，选取最大厚度 3.9 容量保持率capacityretention 在规定的试验条件和试验方法下，柔性纳米储能器件充电容量、放电容量分别与初始充电容量、初 始放电容量的比值。 注：容量保持率用百分数表示。 【来源：GB/T362762018，3.1.23，有修改 4原理 柔性纳米储能器件弯曲时，内部产生应变，当这一应变值超过材料所能耐受的临界值，器件内部结 构发生断裂或层间剥离时，会表现出存储容量、开路电压等储能性能的巨大变化。因此，测试弯曲形变 前后器件的储能性能变化，可对柔性纳米储能器件进行柔性评估。弯曲测试方法的原理见图1，通过控 制弯曲半径、角度，速度和次数等测试条件，用弯曲应变量化柔性纳米储能器件形变程度，储能性能主要 考察开路电压、充放电容量等。 控制 测试 弯曲半径 弯曲角度 容虽保持 电池 储能 弯曲速度 开路电压 弯曲次数 弯山 性能 应变 变化 图1柔性纳米储能器件弯曲测试方法原理图 弯曲时柔性纳米储能器件的形变示意图见图2，外表面发生拉伸应变，内表面发生压缩应变。弯曲 应变通过公式（1)进行计算。 b e=R ..(1) 式中： e——弯曲应变； b——形变平面和中性面间距,单位为微米(μm)； R一弯曲半径，单位为微米（μm）。 2 GB/T42471—2023 拉伸应变 催能性能测试装置 /压缩应变 标引符号说明： 弯曲角度； 形变平面和中性面间距； 弯曲半径。 图2柔性纳米储能器件弯曲的形变示意图 如图3所示，柔性纳米储能器件具有多层结构，每层由单类或多类纳米材料组合而成。其中形变平 面和中性面间距通过公式（2）进行计算。 ZEt[(Zt)- .(2 ) ZE,t: 式中： b -形变平面和中性面间距，单位为微米（μm)； 柔性纳米储能器件中组件的层数； n 柔性纳米储能器件中第i层的厚度，单位为微米（μm）； t 柔性纳米储能器件中第层的厚度，单位为微米（μum）； t; E，—第i层的平均弹性模量，单位为吉帕(GPa)。 Fifi 中 性 面 标引符号说明： b 形变平面和中性面间距； 柔性纳米储能器件中第i层的厚度； ti E 第i层的平均弹性模量。 图3柔性纳米储能器件多层结构及参数示意图 第i层的平均弹性模量通过公式（3)进行计算。 E,=E,(1-0?) .(3) 式中： E,—第i层的平均弹性模量，单位为吉帕(GPa)； 3 GB/T 42471—2023 第i层的弹性模量，单位为吉帕（GPa）； 第i层的泊松比。 柔性纳米储能器件一般为双面近似对称结构，为简化计算，中性面可视为在柔性纳米储能器件厚度 的中间位置，即6～ ，相关验证见附录A中的A.1。若柔性纳米储能器件厚度t相对于弯曲半径R可 忽略不计，则弯曲半径R约等于弯曲模具的半径r，公式（1)可简化为公式（4）。 t 2 ...(4) 2r r+ 式中： 弯曲应变； 柔性纳米储能器件的厚度，单位为毫米（mm）； 弯曲模具的半径，单位为毫米（mm）。 柔性纳米储能器件弯曲形变示意图见图4。对柔性纳米储能器件进行弯曲测试时，应同时规定弯 曲半径和弯曲角度，通过上下或水平移动实现弯曲形变。 a) 上下移动示意图 b) 水平移动示意图 标引符号说明： 弯曲高度； 弯曲模具半径； 弯曲距离； d 弯曲角度。 图4柔性纳米储能器件弯曲形变示意图 5测试设备 5.1 样品台 样品台用于夹持样品。 4