创新的银氧化物锌电池比目前的技术更强大10倍

一组研究人员开发了一种可弯曲、可充电的氧化银锌电池,其面积能量密度是目前最先进技术的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生产,在真空下,这一个可以丝网印刷在正常的实验室条件下。

该设备可用于可穿戴设备的柔性、可伸缩电子产品以及软机器人。

该团队由加州大学圣地亚哥分校和总部位于加州的ZPower公司的研究人员组成,他们在12月7日的杂志上详细介绍了他们的发现焦耳

“我们的电池可以围绕电子产品设计,而不是需要围绕电池设计电子产品,”这篇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是每平方厘米50毫安——这是典型锂离子电池面积容量的10-20倍。所以在相同的表面积下,焦耳电池可以提供5到10倍的能量。

殷说:“这种面积的能力以前从未有过。”“而且我们的制造方法负担得起,而且可扩展。”

这种新型电池的容量比目前市面上任何一种柔性电池都要大。这是因为电池的阻抗更低——电路或设备对交流电的阻抗。

越低的阻抗,电池对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,这种在高电流无线设备中性能优于商用产品的电池,很有可能成为消费电子下一代电源的主要竞争者。”乔纳森·沙夫是该论文的第一作者之一,也是加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Ying Shirley孟研究组的博士候选人。

这些电池成功地为一个装有微控制器和蓝牙模块的柔性显示系统供电。这里的电池表现也比商业可用的Li硬币电池更好。

打印出来的电池被充电超过80次,没有显示出任何容量损失的迹象。尽管反复弯曲和扭转,细胞仍然保持功能。

“我们的核心重点是改善电池性能和制造工艺,”这篇论文的通讯作者之一,加州大学圣地亚哥分校材料发现与设计研究所主任Ying Shirley孟说道。欧洲杯足球竞彩

为了制造这种电池,研究人员使用了ZPower公司的专利阴极设计和化学物质。王和他的团队在可打印、可伸缩传感器和可伸缩电池方面贡献了他们的专业知识。

孟和她的同事提供了他们在电化学储能系统的高级特性方面的专业知识,并对电池原型的每一次迭代进行了描述,直到它达到最佳性能。

配方更好的表现

这种电池的特殊能量密度是由于它的氧化银锌(AgO-Zn)化学成分。大多数商用柔性电池使用的化学成分是Ag2O-Zn。因此,它们通常具有有限的循环寿命和低容量。这就限制了它们只能使用低功率的一次性电子产品。

AgO传统上被认为是不稳定的。但ZPower的AgO阴极材料依赖于一种专有的氧化铅涂层,以提高AgO的电化学稳定性和导电性。

作为一个额外的好处,AgO-Zn化学是电池低阻抗的原因。电池的印刷电流收集器也有优异的导电性,这也有助于实现更低的阻抗。

改善生产

但AgO以前从未被用于丝网印刷电池,因为它具有高度的氧化性,化学降解迅速。通过测试各种溶剂和粘合剂,王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墨水配方,使AgO可以用于印刷。

因此,一旦准备好油墨,电池可以在几秒钟内打印出来。它是干燥的,可以在几分钟内使用。这种电池也可以在一卷一卷的过程中打印,这将提高速度,并使制造具有可扩展性。

电池被印在一种聚合物薄膜上,这种聚合物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),可以热密封。

集流器、锌阳极、AgO阴极和它们相应的隔板各组成一个堆叠的丝网印刷层。

该团队已经在研究下一代电池,目标是更便宜、更快、阻抗更低的充电设备,用于5G设备和软机器人,这些设备需要高功率、可定制和灵活的形状因素。

来源:https://www.universityofcalifornia.edu/

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