电致变色水下胶黏剂:构建柔性可打印的变色型水溶液电池的新策略

水溶液电池是一类传统的、环境友好型能源电池,人们在提高其能量密度及工作寿命的同时也在积极发展功能集成的新型电池器件以满足现代生活的多种需求。近年来,柔性化、图案化及电致变色型电极涂层材料的发展为水溶液电池的技术革新提供了新的契机。然而,当前的主要技术瓶颈是如何通过简单的加工工艺将柔性化、图案化及电致变色等性能集成到单一电池电极涂层中以服务于未来的可视化穿戴式电池器件。

近期,吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室吴立新、李文研究团队提出利用“可打印的电致变色型水下胶黏剂”构建功能集成的电极涂层这一新的加工策略。为此,他们研发了一类全新的电致变色型水下胶黏剂体系。这类胶黏剂是由芳香型氨基酸与杂多酸纳米簇通过多重非共价相互作用构成的三维网络结构。其中,芳香型氨基酸的主链具有界面粘接性能,而刚性的杂多酸既可提高胶黏剂的内聚力和体相机械强度,又能赋予胶黏剂电致变色的性质。将这种耐水的有机/无机杂化胶黏剂直接打印到电极表面即可快速形成粘接牢固的图案化电极涂层。当将图案化电极涂层与Al片同时置于KCl水溶液中并用导线连接时,棕红色涂层可自发的转变为深蓝色。进一步将胶黏剂涂层和Al片组装的自发电电池与LED灯串联可发现LED灯点亮的过程伴随着涂层颜色的明显变化,待涂层颜色由最初的红棕色完全转变为深蓝色后LED灯由亮变暗,直至电池放电完成后完全熄灭。随后,向电池电解液中加入少量H2O2,电极涂层的颜色又可重新恢复到初始的红棕色,此时接通电路LED灯可以被重新点亮。这一结果说明人们可通过直接观察涂层的颜色来评估电池的充、放电状态。需要特别强调的是这种胶黏剂在水溶液中还展现出优异的抗机械形变能力,因此可直接打印到柔性碳纸上用于构建可视化柔性水溶液电池。我们相信这种电致变色型水下胶黏剂的出现也将为发展适用于水环境中的智能化柔性涂层材料提供新的设计思路。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201800599)上。

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