钜大LARGE | 点击量：927次 | 2021年12月15日
加州大学研发柔性可充电氧化银锌电池 能量密度是现有的10-20倍
一个研究小组已经开发出一种灵活的，可充电的氧化银锌电池，其面积能量密度是现有技术的5到10倍。电池也更容易制造；虽然大多数柔性电池需要在无菌条件下制造，但在真空条件下，这种电池可以在正常的实验室条件下进行丝网印刷。该设备可用于柔性、可伸缩的可穿戴电子产品以及软机器人。
这个由加州大学圣地亚哥分校和加州ZPower公司的研究人员组成的研究小组在12月7日出版的《焦耳》杂志上详细介绍了他们的发现。
论文的第一作者之一、加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授约瑟夫·王（JosephWang）研究小组的博士生、论文合著者之一陆寅说：“我们的电池可以围绕电子设计，而不是电子产品需要围绕电池来设计。
这种创新电池在室温下的面积容量为每平方厘米50毫安，是普通锂离子电池的10-20倍。所以对于相同的表面积，焦耳描述的电池可以提供5到10倍的能量。
“这种面积容量以前从未获得过，”尹说“我们的制造方法价格低廉，可扩展。”
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
这种新电池的容量比目前市面上任何一种柔性电池都要高。这是因为电池的阻抗（电路或设备对交流电流的电阻）要低得多。阻抗越低，电池抗大电流放电的性能越好。
“随着5G和物联网（IoT）市场的快速增长，这种在大电流无线设备中表现优于商用产品的电池将很可能成为下一代消费电子产品电源的主要竞争者，”该论文的第一作者、加州大学圣地亚哥分校研究组的博士生候选人乔纳森·沙尔夫（JonathanScharf）说奈米工程学教授孟颖雪。
这些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，电池的性能也比市面上可买到的锂币电池好。
印刷的电池被充电超过80个周期，没有显示出任何主要的容量损失迹象。尽管反复弯曲和扭转，这些细胞仍保持功能。
这种创新电池在室温下的面积容量为每平方厘米50毫安，是普通锂离子电池的10-20倍。所以对于相同的表面积，焦耳描述的电池可以提供5到10倍的能量。学分：加州大学圣地亚哥分校
“我们的核心重点是改善电池性能和制造工艺，”加州大学圣地亚哥材料发现与设计研究所所长、论文的通讯作者之一YingShirleyMeng说。
为了制造这种电池，研究人员使用了ZPower公司专有的阴极设计和化学成分。王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。孟和她的同事们提供了他们在电化学储能系统高级表征方面的专业知识，并对电池原型的每一次迭代进行了表征，直到达到峰值性能。
提高性能的方法
电池的特殊能量密度是由于它的氧化银锌（AgO-Zn）化学性质。大多数商用柔性电池使用Ag2O-Zn化学物质。因此，它们通常具有有限的循环寿命和低容量。这就限制了它们在低功耗、一次性电子产品上的使用。
AgO传统上被认为是不稳定的。但是ZPower的AgO阴极材料依赖于一种专有的氧化铅涂层来提高AgO的电化学稳定性和导电性。
作为一个额外的好处，AgO-Zn化学是造成电池低阻抗的原因。电池的印刷电流收集器也有很好的导电性，这也有助于实现更低的阻抗。
改进制造业
但AgO以前从未用于丝网印刷电池，因为它具有高度氧化性和化学降解速度快的特点。通过测试不同的溶剂和粘合剂，王博士在加州大学圣地亚哥分校实验室的研究人员能够找到一种油墨配方，使AgO能够用于印刷。因此，一旦准备好墨水，电池就可以在几秒钟内打印出来。它是干的，可以在几分钟内使用。这种电池也可以采用逐卷印刷工艺，这将提高速度，并使制造业具有可扩展性。
电池被印在聚合物薄膜上，这种薄膜具有化学稳定性、弹性和高熔点（约200摄氏度或400华氏度），可以热封。集电器、锌阳极、AgO阴极及其相应的分离器构成一个叠层丝网印刷层。
该团队已经在研究下一代电池，目标是开发更便宜、更快、阻抗更低的充电设备，这些设备将用于需要高功率、可定制和灵活形状的5G设备和软机器人。
