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我所平面化鋅錳微型電池取得新進展

  近日,我所二维材料与能源器件研究组(DNL21T3)吴忠帅研究員团队发展了低成本、规模化的丝网印刷技术,制备出具有良好商业应用前景、高度柔性、高安全和长寿命的二次水系平面化锌锰微型电池,相关进展发表在《国家科学评论》(National Science Review)上。此外,在同期期刊上,韩国蔚山国家科学技术究院(UNIST)微型储能专家Sang-Young Lee教授为该文撰写点评文章——“可规模、更安全、可印刷的锌锰平面微型电池可广泛应用于智能电子器件”(Scalable and safer, printed Zn//MnO2 planar micro-batteries for smart electronics),對該工作進行了高度評價。

  新一代微型化、可穿戴電子産品的發展,極大地刺激了人們對與之相匹配的新概念、高安全、長壽命微型儲能器件,尤其是平面化微型電池的迫切需求。平面化微型電池具有高度集成一體化的特點,克服了傳統三明治構型電池體積大、機械柔性差、彎曲狀態下界面易分離等缺點,是非常具有發展前景的一類新型可穿戴電子器件功率源。爲了進一步提高電池功率源的安全性能,研究人員正在積極開發高安全水系電解液取代可燃性有機電解液,構建安全性高的水系平面化微型電池。其中,得益于電極材料的豐富儲量,鋅錳水系電池備受關注。然而,目前發展與集成電子器件高度兼容的高安全、低成本平面鋅錳電池關鍵制備技術仍然非常缺乏。

  爲解決這一問題,該團隊發展了一種低成本、簡單高效、規模化的絲網印刷技術,成功制備出兼具良好機械柔性、高安全和長壽命的新概念水系平面化鋅錳微型電池。科研人員首先以二氧化錳、鋅粉、石墨烯爲功能材料,分別配置出鋅錳電池的正負電極和石墨烯集流體觸變性油墨;然後采用多步絲網印刷的方法,實現了平面化鋅錳微型電池簡單、低成本的規模化制備。該鋅錳電池不僅具有環境友好、高安全的特點,而且表現出了超長的工作壽命,在5C的電流密度下循環1300圈仍能保持83.9%的比容量,同時兼具良好的機械柔性和性能一致性。此外,印刷基底的多樣性可滿足不同應用場景的需求。重要的是,絲網印刷是工業上已成熟的技術,因此該工作提出了一種非常有工業應用前景的規模化制備平面化鋅錳微型電池的方法,也爲其它平面化柔性儲能器件的發展提供了新的思路。

  该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。(文/图 王潇、侯晓城)

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