Small:用雕刻图案的模板刷出微型锌离子电池

微型机器人、无线自供电系统、患者跟踪定位、植入式医疗传感器、物联网(IoT)、远程环境传感器、可穿戴柔性电子设备等智能领域的潜在广泛应用,推动了微型电化学储能设备(MESDs)的蓬勃发展。然而,目前常规电源的重量和体积较大、柔性差,不能兼具重量轻、小型化、厚度可控和良好机械柔性等特点来为这些广泛分布的小型电子设备提供可持续工作的电能,难以满足器件对于柔性化、多功能化、集成化、微型化的需求。因此,发展高能量高功率密度、安全、经济且环境友好型微型储能器件有着重要意义和应用价值。

在各种微型储能器件中,锌离子电池具有相对较高的能量密度、安全性和综合性能,是一种很有发展前景的微型储能器件。针对目前锌离子微型储能器件制备工艺上的一些弊端,湖南大学翁群红课题组创新性地提出了软模板雕刻的方法,实现了在多种衬底上低成本制造各种图案化锌离子电池。该方法首先用刻字机在自粘纸上雕刻出电极图案,然后将制备好的软模板贴在多种衬底上用于锌离子电池平面电极的制备和电池组装,包括木头、玻璃、纸张、皮肤和气球等基底。以MnS和Zn分别为正负极材料、瓜尔豆胶-硫酸锌为准固态电解质,组装的微型锌离子电池取得了高达178 µAh cm−2的比容量,并可达到322 µWh cm−2的单位面积能量密度和710 µW cm−2的功率密度。基于该方法所制备的锌离子电池的面积最小可至40 mm2

这类微型锌离子电池显示出良好的柔性和稳定性,当电池处于不同程度弯曲或扭转时,均未观察到明显的容量衰减并保持着良好的电化学性能。此外,电池还展现了出良好的可扩展性,可通过串连、并联以满足各式各样的供能需求,可直接用于不同器件的供电,如数字时钟、LED灯和压力传感器等。这项工作为微型锌离子电池和其它微型储能器件的设计制造提供了一种简单高效的设计制造方案,对解决小型化、便携式、柔性可穿戴电子设备的供能问题具有实际意义。

论文信息:

Fabrications of High-Performance Planar Zinc-Ion Microbatteries by Engraved Soft Templates

Kang Jiang, Zeyan Zhou, Xi Wen, and Qunhong Weng*

Small

DOI: 10.1002/smll.202007389