鉅大LARGE | 點擊量：964次 | 2021年12月15日
加州大學研發(fā)柔性可充電氧化銀鋅電池 能量密度是現(xiàn)有的10-20倍
一個研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種靈活的，可充電的氧化銀鋅電池，其面積能量密度是現(xiàn)有技術的5到10倍。電池也更容易制造；雖然大多數(shù)柔性電池需要在無菌條件下制造，但在真空條件下，這種電池可以在正常的實驗室條件下進行絲網(wǎng)印刷。該設備可用于柔性、可伸縮的可穿戴電子產(chǎn)品以及軟機器人。
這個由加州大學圣地亞哥分校和加州ZPower公司的研究人員組成的研究小組在12月7日出版的《焦耳》雜志上詳細介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。
論文的第一作者之一、加州大學圣地亞哥分校納米工程教授約瑟夫·王（JosephWang）研究小組的博士生、論文合著者之一陸寅說：“我們的電池可以圍繞電子設計，而不是電子產(chǎn)品需要圍繞電池來設計。
這種創(chuàng)新電池在室溫下的面積容量為每平方厘米50毫安，是普通鋰離子電池的10-20倍。所以對于相同的表面積，焦耳描述的電池可以提供5到10倍的能量。
“這種面積容量以前從未獲得過，”尹說“我們的制造方法價格低廉，可擴展?！?/p>
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這種新電池的容量比目前市面上任何一種柔性電池都要高。這是因為電池的阻抗（電路或設備對交流電流的電阻）要低得多。阻抗越低，電池抗大電流放電的性能越好。
“隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場的快速增長，這種在大電流無線設備中表現(xiàn)優(yōu)于商用產(chǎn)品的電池將很可能成為下一代消費電子產(chǎn)品電源的主要競爭者，”該論文的第一作者、加州大學圣地亞哥分校研究組的博士生候選人喬納森·沙爾夫（JonathanScharf）說奈米工程學教授孟穎雪。
這些電池成功地為配備了微控制器和藍牙模塊的柔性顯示系統(tǒng)供電。在這里，電池的性能也比市面上可買到的鋰幣電池好。
印刷的電池被充電超過80個周期，沒有顯示出任何主要的容量損失跡象。盡管反復彎曲和扭轉，這些細胞仍保持功能。
這種創(chuàng)新電池在室溫下的面積容量為每平方厘米50毫安，是普通鋰離子電池的10-20倍。所以對于相同的表面積，焦耳描述的電池可以提供5到10倍的能量。學分：加州大學圣地亞哥分校
“我們的核心重點是改善電池性能和制造工藝，”加州大學圣地亞哥材料發(fā)現(xiàn)與設計研究所所長、論文的通訊作者之一YingShirleyMeng說。
為了制造這種電池，研究人員使用了ZPower公司專有的陰極設計和化學成分。王和他的團隊貢獻了他們在可打印、可拉伸傳感器和可拉伸電池方面的專業(yè)知識。孟和她的同事們提供了他們在電化學儲能系統(tǒng)高級表征方面的專業(yè)知識，并對電池原型的每一次迭代進行了表征，直到達到峰值性能。
提高性能的方法
電池的特殊能量密度是由于它的氧化銀鋅（AgO-Zn）化學性質(zhì)。大多數(shù)商用柔性電池使用Ag2O-Zn化學物質(zhì)。因此，它們通常具有有限的循環(huán)壽命和低容量。這就限制了它們在低功耗、一次性電子產(chǎn)品上的使用。
AgO傳統(tǒng)上被認為是不穩(wěn)定的。但是ZPower的AgO陰極材料依賴于一種專有的氧化鉛涂層來提高AgO的電化學穩(wěn)定性和導電性。
作為一個額外的好處，AgO-Zn化學是造成電池低阻抗的原因。電池的印刷電流收集器也有很好的導電性，這也有助于實現(xiàn)更低的阻抗。
改進制造業(yè)
但AgO以前從未用于絲網(wǎng)印刷電池，因為它具有高度氧化性和化學降解速度快的特點。通過測試不同的溶劑和粘合劑，王博士在加州大學圣地亞哥分校實驗室的研究人員能夠找到一種油墨配方，使AgO能夠用于印刷。因此，一旦準備好墨水，電池就可以在幾秒鐘內(nèi)打印出來。它是干的，可以在幾分鐘內(nèi)使用。這種電池也可以采用逐卷印刷工藝，這將提高速度，并使制造業(yè)具有可擴展性。
電池被印在聚合物薄膜上，這種薄膜具有化學穩(wěn)定性、彈性和高熔點（約200攝氏度或400華氏度），可以熱封。集電器、鋅陽極、AgO陰極及其相應的分離器構成一個疊層絲網(wǎng)印刷層。
該團隊已經(jīng)在研究下一代電池，目標是開發(fā)更便宜、更快、阻抗更低的充電設備，這些設備將用于需要高功率、可定制和靈活形狀的5G設備和軟機器人。
