Small Methods: 基于同心圆结构的平面全固态柔性锌聚苯胺微型电池

随着柔性可穿戴电子产品的快速发展,对与之匹配的可穿戴储能设备的要求需在具备优越电化学性能的基础上,兼备体积小、机械稳定性高,安全性好和可集成化等特点。一直以来,微型超级电容器(SCs)和锂离子电池(LIBs)一直是可穿戴电子产品领域研究的热点。然则,SCs的不完美之处在于其低能量密度和严重的自放电现象。而LIBs不仅受到高成本锂资源的限制,同时有机电解液往往具有毒性和易燃性,作为用于与人体接触的可穿戴设备会带来很大的安全隐患。相比SCs和LIBs,可充电水系锌离子电池(ZIBs)具有理论容量高,性价比高,无毒安全性高的优势,作为下一代柔性可穿戴储能装置具有巨大潜力。因此,开发集高能量密度、低成本和安全性高等优点为一体的小型化柔性锌离子可穿戴能源设备具有非凡的意义。

北京科技大学陈娣教授和中国科学院半导体研究所沈国震研究员团队通过设计3D打印模具制备柔性导电集流体,电化学沉积法制备电极材料的方式制造出首款同心圆结构的平面全固态水系锌聚苯胺微电池,并对它的电化学特性和具体应用进行了详细的研究和介绍。该微电池不仅具有高的面积容量、高能量密度和功率密度、良好的循环稳定性等优秀的电化学性能,同时拥有可拉伸性、防水性和耐温性(高达80°C)等优点,具有出色的应用前景。同时,通过对比不同平面的电极结构(同心圆,叉指和环形结构)对电池容量和稳定性的影响,证明了同心圆结构对电池优异的电化学和机械稳定的性能起着举足轻重的作用。为了满足微电子器件对集成性的要求,团队成员借助3D打印技术,进一步实现了在柔性基底上构建同心圆结构微电池与无线线圈的集成系统。相关结果发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.202000363)上。