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柔性金属空气电池研究进展及未来展望

2017-09-18 10:39
来源: 材料牛

【引言】

随着柔性和可穿戴电子设备的发展,柔性储能器件吸引了科研界及工业界的广泛关注。近年来,围绕柔性锂离子电池和超级电容器开展了一系列工作,并且取得了重要进展。然而,为了延长电子设备的续航时间,需要储能系统有着更高的能量密度。可循环充放电的金属空气电池由于其远高于目前锂离子电池的理论能量密度,被认为是将来最具有前景的储能装置。开发柔性金属空气电池无疑将极大提高柔性和可穿戴电子设备的续航能力,但是也需要解决更多的挑战。一方面,电池的能量密度、能量效率以及循环寿命都需要提高;另一方面,电极结构、电解液材料以及电池构造都需要进行优化,以在形变条件下保持稳定的电化学性能。

2017年9月14日,Energy Environ. Sci.期刊在线发表了由香港理工大学倪萌教授课题组谈鹏博士(第一作者)联合美国佐治亚理工刘美林教授、南京工业大学及澳大利亚科廷大学邵宗平教授撰写的综述论文“Flexible Zn- and Li-Air Batteries: Recent Advances, Challenges, and Future Perspectives”。文章介绍近年来以锌空气电池和锂空气电池为主的柔性金属空气电池的结构设计、电极及电解质材料开发以及运行条件管理方面的进展,并对未来研究方向进行了探讨和展望。

综述总览图

一、概述

相比于锂离子电池,金属空气电池有着极高的理论容量和能量密度而引起了广泛的研究关注,如图1所示。其中,碱性体系的可充电锌空气电池和有机体系的锂空气电池作为水系和非水系体系的典型代表更是近期研究的热点。电池的工作原理如图2所示。当将电池制备成柔性,需要设计新的柔性结构,制备柔性的电极材料和固态电解质膜,从而面对更多的挑战。

图1 不同金属空气电池的容量、能量密度和电压对比

图2 碱性体系锌空气电池和非水体系锂空气电池的工作原理示意图

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