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锂币电池好。来源：加州大学圣地亚哥分校

一组研究人员开发了一种柔性可充电氧化银锌电池，其表面能量密度是现有技术的5到10倍。该电池也更容易制造；虽然大多数柔性电池需要在无菌条件下、真空条件下生产，但这种电池可以在正常的实验室条件下丝网印刷。该设备可用于可穿戴设备和软机器人的柔性、可拉伸电子产品。

该团队由加州大学圣地亚哥分校和加州ZPower公司的研究人员组成，在2020年12月7日出版的《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产品设计，而不是围绕电池设计电子产品，”该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Joseph Wang研究小组的博士生Lu Yin说。

这种创新电池在室温下的面积容量为每平方厘米50毫安，是典型锂离子电池面积容量的10-20倍。因此，对于相同的表面积，以焦耳描述的电池可以提供5到10倍的功率。

“这种面积容量以前从未获得过，”Yin说。“我们的制造方法价格合理且可扩展。”

这种创新电池在室温下的面积容量为每平方厘米50毫安，是典型锂离子电池面积容量的10-20倍。因此，对于相同的表面积，以焦耳描述的电池可以提供5到10倍的功率。来源：加州大学圣地亚哥分校

这种新型电池的容量比目前市场上任何一种柔性电池都要高。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，电池在高电流放电时的性能就越好。

该论文的共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Ying Shirley研究小组的博士候选人Jonathan Scharf表示：“随着5G和物联网（IoT）市场的快速增长，这种在高电流无线设备中优于商业产品的电池可能会成为消费电子产品下一代电源的主要竞争者。”孟。

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。电池的性能也比市售的锂币电池好。

打印的电池被重新充电超过80个循环，没有显示出任何重大的容量损失迹象。尽管反复弯曲和扭曲，细胞仍保持功能。

“我们的核心重点是提高电池性能和制造工艺，”加州大学圣地亚哥分校材料发现与设计研究所所长、论文通讯作者之一Ying Shirley Meng说。

为了制造电池，研究人员使用了ZPower的专有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，并对电池原型的每次迭代进行了表征，直到达到峰值性能。

提高性能的秘诀

电池异常的能量密度是由于其氧化银锌（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较低的容量。这限制了它们只能用于低功耗的一次性电子产品。

AgO传统上被认为是不稳定的。但ZPower的AgO阴极材料依赖于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化学物质是电池低阻抗的原因。电池的印刷集电器也具有出色的导电性，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，化学降解速度很快。通过测试各种溶剂和粘合剂，加州大学圣地亚哥分校Wang实验室的研究人员能够找到一种使AgO能够用于印刷的墨水配方。因此，一旦准备好墨水，电池只需几秒钟就可以打印出来。它很干，几分钟后就可以使用了。电池也可以采用卷对卷的工艺进行印刷，这将提高速度并使制造具有可扩展性。

电池被印刷在化学稳定、有弹性、熔点高（约200摄氏度或400华氏度）的聚合物薄膜上，可以热密封。集流器、锌阳极、AgO阴极及其相应的隔板各自构成堆叠的丝网印刷层。

该团队已经在研发下一代电池，旨在开发更便宜、更快、阻抗更低的充电设备，用于5G设备和需要高功率、可定制和灵活外形的软机器人。

参考资料：Lu Yin、Jonathan Scharf、Jessica Ma、Jean-Marie Doux、Christopher Redquest、Viet L.Le、Yijie Yin、Jeff Ortega、Xia Wei、Joseph Wang和Ying Shirley Meng的《柔性电子用高性能印刷AgO-Zn可充电电池》，2020年12月7日，焦耳。

内政部：10.1016/j.joule.200.11.008