ETH团队设计，制造透明可拉伸的水凝胶锌离子电池

【科研摘要】

透明的电子设备 为显示技术和虚拟现实带来了前所未有的可能性。对于这些应用中的一些，将光学透明性与可拉伸性结合起来将是有利的。当然，所有便携式电子设备都需要一个能量源，该能量源理想地集成为电池形式，因此必须具有相同的物理特性。但是，开发一种电池，其中所有组件（电极，集电器，隔膜 /电解质和包装）都是透明且可拉伸的，这是非常具有挑战性的。

最近 ， 苏黎世联邦理工（ETH） Markus Niederberger 教授 团队 介绍了一种透明可拉伸的全锌离子电池的开发，该电池包括两个沉积在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基板上的电极和聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶电解质。 所得的可拉伸电池在没有和有50％ 应变的情况下在 550nm下分别显示出72.6％和64.7％的高透射率。在变化高达50％的应变条件下进行120次循环后，电池可提供176.5 mA h g ^-1 的容量。

该电池具有多功能性，将能量存储与可拉伸性和透明性联系在一起，使其对于为未来的透明和可拉伸电子设备供电具有吸引力。 相关论文以题为 Design and Fabrication of Transparent and Stretchable Zinc Ion Batteries 发表在《 ACS Appl. Energy Mater. 》上。

【主图导读】

图 1. （a）透明和可拉伸电极的制造过程示意图，（i）在PDMS模具上喷涂Au NW油墨，（ii）用透明胶带清洁PDMS模具表面并用O ₂ 等离子体处理 ；（iii）在密闭区域内在PDMS模具上喷涂活性材料，（iv）用透明胶带和干净的纸巾清洁PDMS模具表面。（b）用气刷和热板喷涂涂层。（c）由Au NW层和活性材料组成的透明可拉伸电极膜的双层结构。

图 2. （a）PDMS基板，PDMS + Au NWs，PDMS + Au NWs/α-MnO ₂ 和PDMS + Au NWs/Zn的照片。（b）PDMS基板，（c）PDMS + Au NWs，（d）PDMS + Au NWs/Zn和（e）PDMS + Au NWs/α-MnO ₂ 的SEM图像以及扩大的区域（插入）。（f）不同样品的透光率和（g）XRD图谱。（h）六角形PDMS + Au NWs/Zn图案的3D地形图。

图 3. （a）PAM水凝胶电解质的照片。（b）冻干的PAM水凝胶的SEM图像，（c）PAM水凝胶，ZnSO ₄ /MnSO ₄ 盐溶液和PAM水凝胶电解质的ATR-IR光谱。（d）PAM水凝胶电解质的奈奎斯特图。

图 4. （a）透明和可拉伸的全细胞制备过程的示意图。（b）最终的完整电池，（c）机械弯曲，（d）扭曲和（e）拉伸的照片。

图 5. （a）不锈钢/电解质/不锈钢电池中以锌箔为参比电极的PAM水凝胶电解质的CV曲线，扫描速率为0.2至2.0 V之间的0.2 mV s ^–1 。（b）CV曲线 以1 mV s–1处的锌阳极（红线）和α-MnO2阴极（蓝线）的角度，其中PAM水凝胶电解质介于两者之间，并且以锌箔作为参比电极。（c）完全组装的透明全电池的透光率和照片（插图）。（d）透明无应变电池的前五个循环的CV曲线，扫描速度为0.1 mV s ^–1 ，介于1和1.8 V之间。（e）透明无应变电池在1 C电流密度下的循环性能。（f）透明无应变 电池在 1 C，电流密度为1 C时的第1次，第10次，第100次和第120次循环的GCD曲线。

图 6. （a）透明锌离子电池在50％应变下的照片。（b）顶部电极在50％应变下的光学显微镜图像。（c）在0–50％应变下整个细胞的透光率。（d）透明电池在0–50％应变下的GCD分布图，并在1 C的电流密度下释放到初始状态。（e）透明电池在0–50％应变下在120循环下的循环性能 电流密度为1C。（f）透明锌离子电池在0–50％应变下的奈奎斯特图。

参考文献 ： doi.org/10.1021/acsaem.1c00958

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【往期回顾】

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