Høj sikkerhed, fleksible og skalerbare genopladelige plane mikrobatterier

Stigende udvikling af mikroskala elektronik har stimuleret efterspørgslen efter de tilsvarende mikroskala strømkilder, især til mikrobatterier (MB'er). Imidlertid, komplekse fremstillingsprocesser og dårlig fleksibilitet af de traditionelle stablede batterier har hindret deres praktiske anvendelser.

Planar MB'er har for nylig fået opmærksomhed på grund af deres simple miniaturisering, nem seriel/parallel integration og mulighed for at arbejde uden separatormembraner. Desuden, plan geometri har en ekstremt kort iondiffusionsvej, hvilket tilskrives fuld integration af trykt elektronik på et enkelt substrat. Også, for at slippe af med sikkerhedsproblemer induceret af den brændbare organiske elektrolyt, den vandige elektrolyt, karakteriseret ved iboende ikke-brandbarhed, høj ionisk ledningsevne, og ikke-toksicitet, er en lovende kandidat til bærbare og fleksible MB-applikationer i stor skala. Som konsekvens, forskellige trykteknikker er blevet brugt til fremstilling af plane vandige MB'er. "I særdeleshed, silketryk kan effektivt styre det præcise mønsterdesign med justerbar blæksrygning, og er meget lovende til anvendelse i stor skala, " sagde forfatteren.

I en ny artikel offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , Zhong-Shuai Wu ved Dalian Institute of Chemical Physics, Det Kinesiske Videnskabsakademi, konstrueret vandig genopladelig plan Zn/MnO ₂ batterier efter gældende og omkostningseffektiv screentrykstrategi. "Den plane Zn/MnO ₂ mikro-batterier, fri for separatorer, blev fremstillet ved direkte udskrivning af zinkblæk som anode og γ-MnO2-blæk som katode, højkvalitets grafenblæk som metalfri strømaftagere, arbejder i miljøvenlige neutrale vandige elektrolytter af 2 M ZnSO ₄ og 0,5 M MnSO ₄ , " sagde forfatteren. Forskellige former af Zn/MnO ₂ MB blev fremstillet på forskellige substrater, hvilket indebærer de potentielle udbredte applikationer.

Den plane separator-fri Zn/MnO ₂ MB, testet i neutral vandig elektrolyt, leverer høj volumetrisk kapacitet på 19,3 mAh/cm3 (svarende til 393 mAh/g), ved 7,5 mA/cm3, og bemærkelsesværdig volumetrisk energitæthed på 17,3 mWh/cm3, bedre end litium tyndfilm batterier ( <=10 mWh/cm3). I øvrigt, Zn/MnO ₂ plane MB'er præsenterer langsigtet cyklerbarhed, holder høj kapacitetsretention på 83,9% efter 1300 gange ved 5 C, overlegen i forhold til stablet Zn/MnO ₂ MB'er rapporteret. Også, Zn/MnO ₂ plane MB'er udviser exceptionel fleksibilitet uden observerbart kapacitetsfald under alvorlig deformation, og bemærkelsesværdig seriel og parallel integration af konstruktion af bipolare celler med høj spænding og kapacitet.

Dette tilfredsstillende resultat vil åbne adskillige spændende muligheder inden for forskellige anvendelser af intelligente, trykt og miniaturiseret elektronik. Også, dette arbejde vil inspirere videnskabsmænd, der arbejder inden for nanoteknologi, kemi, materialevidenskab og energilagring, og kan have betydelig indflydelse på både fremtidig teknologisk udvikling af plane mikroskalaenheder til energilagring og forskning af grafenbaserede materialer.