南洋理工范红金教授Adv. Sci.: 一种可打印的纸质锌基电池

纸质电子产品为柔性和可穿戴系统提供了一种环境可持续的选择，并完美契合了现有的打印技术以实现高制造效率。作为耗能设备的心脏，纸基电池需要高保真地与打印过程兼容。

在此，新加坡南洋理工大学范红金教授、Seok Woo Lee等人提出了一种用于可印刷锌电池和纸质电子产品的新型水凝胶增强纤维素纸（HCP）。HCP 可以承受比原始纸张更高的应变，并且可以在4周内在自然环境中生物降解。

通过结合纤维素纸和水凝胶的特性，复合纸表现出良好的机械和导电性能，适合作为准固态锌电池的隔膜和电解质。负极和正极材料分别印在HCP的正反面，这与以前仅用作隔膜但不能印刷电极材料的纳米纤维素/水凝胶复合材料不同。

图1. 水凝胶纤维素纸 (HCP) 的制备和表征

验证实验显示，这种纸质印刷电池可切割且灵活，没有短路故障的风险。其中，印刷在HCP上的锌金属（Ni-Zn和Mn-Zn）电池具有≈26 mWh cm^-3的显著体积能量密度，是普通柔性Ni-Zn电池的两倍多（基于设备总体积为10.7 mWh cm^-3），并且还展示了可切割性以及与柔性电路和设备的兼容性。

因此，可以通过将印刷纸质电池与太阳能电池和发光二极管集成来构建自供电电子系统。这项工作展示了印刷纸质电池与柔性电子集成迈向纸质电子新时代的可能性。

图2. HCP上印刷锌电池的结构

图3. 印刷锌电池的电化学性能

Printed Zinc Paper Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103894

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南洋理工范红金教授Adv. Sci.: 一种可打印的纸质锌基电池

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