一個(gè)研究小組已經(jīng)開(kāi)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(shù)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(wú)菌條件下制造，但在真空條件下，這種電池可以在正常的實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。該設(shè)備可用于柔性、可伸縮的可穿戴電子產(chǎn)品以及軟機(jī)器人。

這個(gè)由加州大學(xué)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(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

論文的第一作者之一、加州大學(xué)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(shuō)：“我們的電池可以圍繞電子設(shè)計(jì)，而不是電子產(chǎn)品需要圍繞電池來(lái)設(shè)計(jì)。

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(duì)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(guò)，”尹說(shuō)“我們的制造方法價(jià)格低廉，可擴(kuò)展?！?/p>

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?yàn)殡姵氐淖杩梗娐坊蛟O(shè)備對(duì)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(chǎng)的快速增長(zhǎng)，這種在大電流無(wú)線設(shè)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(fèi)電子產(chǎn)品電源的主要競(jìng)爭(zhēng)者，”該論文的第一作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校研究組的博士生候選人喬納森·沙爾夫（JonathanScharf）說(shuō)奈米工程學(xué)教授孟穎雪。

這些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，電池的性能也比市面上可買(mǎi)到的鋰幣電池好。

印刷的電池被充電超過(guò)80個(gè)周期，沒(méi)有顯示出任何主要的容量損失跡象。盡管反復(fù)彎曲和扭轉(zhuǎn)，這些細(xì)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(duì)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(xué)分：加州大學(xué)圣地亞哥分校

“我們的核心重點(diǎn)是改善電池性能和制造工藝，”加州大學(xué)圣地亞哥材料發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)研究所所長(zhǎng)、論文的通訊作者之一YingShirleyMeng說(shuō)。

為了制造這種電池，研究人員使用了ZPower公司專有的陰極設(shè)計(jì)和化學(xué)成分。王和他的團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)了他們?cè)诳纱蛴?、可拉伸傳感器和可拉伸電池方面的專業(yè)知識(shí)。孟和她的同事們提供了他們?cè)陔娀瘜W(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)高級(jí)表征方面的專業(yè)知識(shí)，并對(duì)電池原型的每一次迭代進(jìn)行了表征，直到達(dá)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(xué)性質(zhì)。大多數(shù)商用柔性電池使用Ag2O-Zn化學(xué)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?cè)诘凸?、一次性電子產(chǎn)品上的使用。

AgO傳統(tǒng)上被認(rèn)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(lái)提高AgO的電化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性。

作為一個(gè)額外的好處，AgO-Zn化學(xué)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(dǎo)電性，這也有助于實(shí)現(xiàn)更低的阻抗。

改進(jìn)制造業(yè)

但AgO以前從未用于絲網(wǎng)印刷電池，因?yàn)樗哂懈叨妊趸院突瘜W(xué)降解速度快的特點(diǎn)。通過(guò)測(cè)試不同的溶劑和粘合劑，王博士在加州大學(xué)圣地亞哥分校實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)備好墨水，電池就可以在幾秒鐘內(nèi)打印出來(lái)。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(kuò)展性。

電池被印在聚合物薄膜上，這種薄膜具有化學(xué)穩(wěn)定性、彈性和高熔點(diǎn)（約200攝氏度或400華氏度），可以熱封。集電器、鋅陽(yáng)極、AgO陰極及其相應(yīng)的分離器構(gòu)成一個(gè)疊層絲網(wǎng)印刷層。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在研究下一代電池，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)更便宜、更快、阻抗更低的充電設(shè)備，這些設(shè)備將用于需要高功率、可定制和靈活形狀的5G設(shè)備和軟機(jī)器人。