一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種柔性的可充電氧化銀鋅電池，其面能量密度是現(xiàn)有技術(shù)的五到十倍。電池也更容易制造;盡管大多數(shù)柔性電池需要在無菌條件下制造，但在真空下仍可在正常實驗室條件下絲網(wǎng)印刷。該設(shè)備可用于可穿戴設(shè)備的柔性，可伸縮電子設(shè)備以及軟機(jī)器人。

該小組由加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校和位于加利福尼亞的ZPower公司的研究人員組成，在12月7日的《焦耳》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

“我們的電池可以圍繞電子設(shè)備進(jìn)行設(shè)計，而不是電子設(shè)備需要圍繞電池進(jìn)行設(shè)計，”該論文的共同第一作者，博士學(xué)位的盧茵說。加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Joseph Wang研究小組的學(xué)生。

在室溫下，這種創(chuàng)新電池的單位面積容量為每平方厘米50毫安，這是典型鋰離子電池單位面積的10-20倍。因此，對于相同的表面積，焦耳中描述的電池可以提供5至10倍的電量。

尹賽德說：“這種面積的能力以前從未獲得過。” “而且我們的制造方法價格合理且可擴(kuò)展。”

新電池的容量比目前市場上任何柔性電池都高。這是因為電池的阻抗要低得多，即電路或設(shè)備對交流電的電阻。阻抗越低，電池抗大電流放電的性能越好。

喬納森·沙夫(Jonathan Scharf)表示：“隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場的快速增長，在高電流無線設(shè)備中勝過商業(yè)產(chǎn)品的這種電池可能會成為下一代消費電子電源的主要競爭者。”第一作者和博士學(xué)位。圣地亞哥加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授的研究小組的候選人。

電池成功地為配備了微控制器和藍(lán)牙模塊的柔性顯示系統(tǒng)供電。在這里，電池的性能也比市售的Li紐扣電池好。

印制的電池單元充電超過80個循環(huán)，而沒有顯示出任何主要的容量損失跡象。盡管反復(fù)彎曲和扭曲，細(xì)胞也保持功能。

中描述的電池可以提供5至10倍的電量。圖片來源：加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校

加州大學(xué)圣地亞哥分校材料發(fā)現(xiàn)與設(shè)計研究所所長，本文的通訊作者之一，應(yīng)英敏說：“我們的核心重點是改善電池性能和制造工藝。”

為了制造電池，研究人員使用了ZPower專有的陰極設(shè)計和化學(xué)成分。Wang和他的團(tuán)隊貢獻(xiàn)了他們在可打印，可拉伸傳感器和可拉伸電池方面的專業(yè)知識。Meng和她的同事們提供了他們在電化學(xué)能量存儲系統(tǒng)高級表征方面的專業(yè)知識，并對電池原型的每次迭代進(jìn)行了表征，直到達(dá)到最佳性能為止。

改善性能的秘訣

電池的出色能量密度歸因于其氧化銀-鋅(AgO-Zn)化學(xué)性質(zhì)。大多數(shù)商用柔性電池使用的是Ag2O-Zn化學(xué)物質(zhì)。結(jié)果，它們通常具有有限的循環(huán)壽命并且具有低容量。這將它們的使用限制為低功率的一次性電子產(chǎn)品。

傳統(tǒng)上認(rèn)為AgO是不穩(wěn)定的。但是ZPower的AgO陰極材料依靠專有的氧化鉛涂層來改善AgO的電化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。

另外一個好處是，AgO-Zn化學(xué)成分負(fù)責(zé)電池的低阻抗。電池的印刷集電器還具有出色的導(dǎo)電性，這也有助于降低阻抗。

改善制造

但是AgO以前從未在絲網(wǎng)印刷電池中使用過，因為它具有很高的氧化性并能快速化學(xué)降解。通過測試各種溶劑和粘合劑，圣地亞哥UC的Wang實驗室的研究人員能夠找到一種使AgO可行的油墨配方。結(jié)果，一旦準(zhǔn)備好墨水，電池僅需幾秒鐘即可打印出來。它是干燥的，只需幾分鐘即可使用。電池也可以卷對卷的方式打印，這將提高速度并擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。

電池被印在化學(xué)穩(wěn)定，有彈性且具有高熔點(約200攝氏度或400華氏度)的聚合物膜上，可以加熱密封。集電器，鋅陽極，AgO陰極及其相應(yīng)的隔板分別構(gòu)成了堆疊的絲網(wǎng)印刷層。

該團(tuán)隊已經(jīng)在研究下一代電池，其目標(biāo)是為價格更低，阻抗更低的便宜，更快的充電設(shè)備，這些設(shè)備將用于需要高功率，可定制和靈活外形的5G設(shè)備和軟機(jī)器人中。

標(biāo)簽： 可充電電池