10倍能量密度！科學家開發氧化銀鋅材料電池

電池能量密度不高一直是許多行業發展的障礙，為近日，一項新的研究或許能解決這個問題。

來自加州大學圣地亞哥分校和加州ZPower公司的研究人員近日宣布，他們開發了一種靈活的可充電氧化銀鋅電池，其面積能量密度是現有技術的5到10倍。

這種電池制造起來更加容易。大多數柔性電池需要在無菌條件下真空制造，但這種新電池可以在正常的實驗室條件下進行絲網印刷。該設備可用于柔性、可拉伸電子設備以及軟體機器人。

這種創新電池的能量密度在室溫下為每平方厘米50毫安——這比傳統鋰離子電池的面積容量大10-20倍。所以對于相同的表面積，焦耳描述的電池可以提供5到10倍的功率。

這種新電池的容量比目前市場上任何一種柔性電池都要高。這是因為電池的阻抗低得多。阻抗越低，電池抵抗高電流放電的性能越好。

一名研究人員表示“這種面積容量是前所未有的，其制造工藝是經濟和可拓展的。“

新型電池 (圖源：UCSDC)

（白色薄膜下的方塊就是此次的新電池）

這塊新型電池成功地為一個配備微型控制器和藍牙模塊的柔性顯示系統供電，其表現出來的電池性能也比市售的鋰離子紐扣電池好。

目前，這塊電池充放電已經超過80次，沒有顯示任何容量損失的跡象。盡管反復彎曲和扭曲，但電池仍然保持功能正常。

為了制造這種電池，研究人員使用了ZPower公司的專有陰極設計和化學物質。研究團隊則貢獻了他們在可印刷、可拉伸傳感器和可拉伸電池方面的專業知識。

這種電池異常高的能量密度得益于氧化銀鋅(AgO-Zn)。大多數商用柔性電池使用氧化亞銀(Ag2O)，因此其循環壽命和容量都不是很好，這限制了這些電池在低功耗、一次性電子產品中的應用。

傳統觀點認為，AgO不穩定。但是ZPower的AgO陰極材料依賴于專有的氧化鉛涂層來提高AgO的電化學穩定性和導電性。而AgO-Zn正是低阻抗的原因所在。電池的印刷集電器也具有優異的導電性，這也有助于實現較低的阻抗。

不過，由于具有高度氧化性，化學降解速度快，所以AgO此前從未用于絲網印刷電池。通過測試各種溶劑和粘合劑，加州大學圣地亞哥分校的研究人員找到了一種能使AgO適用于印刷的油墨配方。

因此，一旦墨水準備好，電池就可以在幾秒鐘內打印出來，而且幾分鐘就可以使用。電池也可以采用卷對卷工藝印刷，這將提高速度，并提高可擴展性。

電池被印在一層化學穩定、有彈性、高熔點(約200℃)的聚合物薄膜上，可以熱封。集電器、鋅陽極、AgO陰極和它們相應的隔板各自構成一個堆疊的絲網印刷層。

有研究人員表示，這種電池外形靈活，可以根據電子設備來調整，這和傳統上根據電池形狀調整電子設備的做法不同。

該研究第一作者喬納森·沙爾夫(Jonathan Scharf)說，“隨著5G和物聯網市場的快速增長，這種新電池可能會與目前的商用電池展開競爭，用于下一代消費電子產品。”

該團隊已經在開發下一代電池，旨在開發更便宜、更快、阻抗更低的充電設備，用于需要高功率、可定制的5G設備和軟體機器人。

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