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10倍能量密度!科学家开发氧化银锌材料电池

日期:2020-12-10    来源:前瞻经济学人

国际新能源网

2020
12/10
09:07
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关键词: 可充电氧化银锌电池 锂离子纽扣电池 充电设备

电池能量密度不高一直是许多行业发展的障碍,为近日,一项新的研究或许能解决这个问题。

来自加州大学圣地亚哥分校和加州ZPower公司的研究人员近日宣布,他们开发了一种灵活的可充电氧化银锌电池,其面积能量密度是现有技术的5到10倍。

这种电池制造起来更加容易。大多数柔性电池需要在无菌条件下真空制造,但这种新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、可拉伸电子设备以及软体机器人。

这种创新电池的能量密度在室温下为每平方厘米50毫安——这比传统锂离子电池的面积容量大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倍的功率。

这种新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低得多。阻抗越低,电池抵抗高电流放电的性能越好。

一名研究人员表示“这种面积容量是前所未有的,其制造工艺是经济和可拓展的。“

新型电池 (图源:UCSDC)

(白色薄膜下的方块就是此次的新电池)

这块新型电池成功地为一个配备微型控制器和蓝牙模块的柔性显示系统供电,其表现出来的电池性能也比市售的锂离子纽扣电池好。

目前,这块电池充放电已经超过80次,没有显示任何容量损失的迹象。尽管反复弯曲和扭曲,但电池仍然保持功能正常。

为了制造这种电池,研究人员使用了ZPower公司的专有阴极设计和化学物质。研究团队则贡献了他们在可印刷、可拉伸传感器和可拉伸电池方面的专业知识。

这种电池异常高的能量密度得益于氧化银锌(AgO-Zn)。大多数商用柔性电池使用氧化亚银(Ag2O),因此其循环寿命和容量都不是很好,这限制了这些电池在低功耗、一次性电子产品中的应用。

传统观点认为,AgO不稳定。但是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。而AgO-Zn正是低阻抗的原因所在。电池的印刷集电器也具有优异的导电性,这也有助于实现较低的阻抗。

不过,由于具有高度氧化性,化学降解速度快,所以AgO此前从未用于丝网印刷电池。通过测试各种溶剂和粘合剂,加州大学圣地亚哥分校的研究人员找到了一种能使AgO适用于印刷的油墨配方。

因此,一旦墨水准备好,电池就可以在几秒钟内打印出来,而且几分钟就可以使用。电池也可以采用卷对卷工艺印刷,这将提高速度,并提高可扩展性。

电池被印在一层化学稳定、有弹性、高熔点(约200℃)的聚合物薄膜上,可以热封。集电器、锌阳极、AgO阴极和它们相应的隔板各自构成一个堆叠的丝网印刷层。

有研究人员表示,这种电池外形灵活,可以根据电子设备来调整,这和传统上根据电池形状调整电子设备的做法不同。

该研究第一作者乔纳森·沙尔夫(Jonathan Scharf)说,“随着5G和物联网市场的快速增长,这种新电池可能会与目前的商用电池展开竞争,用于下一代消费电子产品。”

该团队已经在开发下一代电池,旨在开发更便宜、更快、阻抗更低的充电设备,用于需要高功率、可定制的5G设备和软体机器人。

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