这种灵活的可充电电池比现有技术强大十倍

一组研究人员已经开发出一种柔性的可充电氧化银锌电池，其面能量密度是现有技术的五到十倍。电池也更容易制造;尽管大多数柔性电池需要在无菌条件下制造，但在真空下仍可在正常实验室条件下丝网印刷。该设备可用于可穿戴设备的柔性，可伸缩电子设备以及软机器人。

该小组由加利福尼亚大学圣地亚哥分校和位于加利福尼亚的ZPower公司的研究人员组成，在12月7日的《焦耳》杂志上详细介绍了他们的发现。

“我们的电池可以围绕电子设备进行设计，而不是电子设备需要围绕电池进行设计，”该论文的共同第一作者，博士学位的卢茵说。加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Joseph Wang研究小组的学生。

在室温下，这种创新电池的单位面积容量为每平方厘米50毫安，这是典型锂离子电池单位面积的10-20倍。因此，对于相同的表面积，焦耳中描述的电池可以提供5至10倍的电量。

尹赛德说：“这种面积的能力以前从未获得过。” “而且我们的制造方法价格合理且可扩展。”

新电池的容量比目前市场上任何柔性电池都高。这是因为电池的阻抗要低得多，即电路或设备对交流电的电阻。阻抗越低，电池抗大电流放电的性能越好。

乔纳森·沙夫(Jonathan Scharf)表示：“随着5G和物联网(IoT)市场的快速增长，在高电流无线设备中胜过商业产品的这种电池可能会成为下一代消费电子电源的主要竞争者。”第一作者和博士学位。圣地亚哥加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授的研究小组的候选人。

电池成功地为配备了微控制器和蓝牙模块的柔性显示系统供电。在这里，电池的性能也比市售的Li纽扣电池好。

印制的电池单元充电超过80个循环，而没有显示出任何主要的容量损失迹象。尽管反复弯曲和扭曲，细胞也保持功能。

中描述的电池可以提供5至10倍的电量。图片来源：加利福尼亚大学圣地亚哥分校

加州大学圣地亚哥分校材料发现与设计研究所所长，本文的通讯作者之一，应英敏说：“我们的核心重点是改善电池性能和制造工艺。”

为了制造电池，研究人员使用了ZPower专有的阴极设计和化学成分。Wang和他的团队贡献了他们在可打印，可拉伸传感器和可拉伸电池方面的专业知识。Meng和她的同事们提供了他们在电化学能量存储系统高级表征方面的专业知识，并对电池原型的每次迭代进行了表征，直到达到最佳性能为止。

改善性能的秘诀

电池的出色能量密度归因于其氧化银-锌(AgO-Zn)化学性质。大多数商用柔性电池使用的是Ag2O-Zn化学物质。结果，它们通常具有有限的循环寿命并且具有低容量。这将它们的使用限制为低功率的一次性电子产品。

传统上认为AgO是不稳定的。但是ZPower的AgO阴极材料依靠专有的氧化铅涂层来改善AgO的电化学稳定性和导电性。

另外一个好处是，AgO-Zn化学成分负责电池的低阻抗。电池的印刷集电器还具有出色的导电性，这也有助于降低阻抗。

改善制造

但是AgO以前从未在丝网印刷电池中使用过，因为它具有很高的氧化性并能快速化学降解。通过测试各种溶剂和粘合剂，圣地亚哥UC的Wang实验室的研究人员能够找到一种使AgO可行的油墨配方。结果，一旦准备好墨水，电池仅需几秒钟即可打印出来。它是干燥的，只需几分钟即可使用。电池也可以卷对卷的方式打印，这将提高速度并扩大生产规模。

电池被印在化学稳定，有弹性且具有高熔点(约200摄氏度或400华氏度)的聚合物膜上，可以加热密封。集电器，锌阳极，AgO阴极及其相应的隔板分别构成了堆叠的丝网印刷层。

该团队已经在研究下一代电池，其目标是为价格更低，阻抗更低的便宜，更快的充电设备，这些设备将用于需要高功率，可定制和灵活外形的5G设备和软机器人中。

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