【研究背景】

随着柔性可穿戴电子器件的蓬勃发展，迫切需要开发与之相匹配的储能器件，因此，具有轻、薄、柔特性的电池将在未来柔性可穿戴电子系统中扮演重要作用。在各种器件构型的电池中，平面柔性微结构电池近年来吸引了广泛关注，其柔性以及微型化等优势可以满足柔性可穿戴电子器件的需求，并且，插指电极的器件结构有利于其与其他微电子器件在同一芯片上进行集成。

银锌电池作为一种商业化一次电池，可以稳定输出1.5 V左右的电压，在手表、计算器、助听器等低能耗设备中已有成熟的应用。然而，银锌电池目前还面临着一些问题：（1）一次性放电导致电池使用寿命短，废弃的电池易造成资源浪费；（2）传统扣式银锌电池不具备柔性，不能满足柔性电子的需求；（3）具有三明治堆叠构型的银锌电池不利于满足电子设备小型化和集成化的需要。因此，具有优异电化学性能和力学性能的微结构银锌电池亟待开发。

【成果简介】

近日，南开大学牛志强研究员在Carbon Energy上发表题为“Flexible and Tailorable Quasi-Solid-State Rechargeable Ag/Zn Micro-Batteries with High Performance”的文章，论文的第一作者为硕士研究生毕嵩山，通讯作者为牛志强研究员。

本工作结合喷涂和电沉积策略制备出可充电微结构银锌电池，由于该器件构型不同于传统堆叠式电池，使其展现出高的能量及功率密度，更重要的是，器件具有优异的循环可逆性，在充放电100圈后仍能够保持稳定的电化学性能；另外，银锌电池的微结构叉指电极构型有利于其在同一基底上实现串并联连接，实现更高的电压或者电流输出，从而满足实际应用的要求；而且，微结构电池还具备优异的柔性和可裁剪性，在经过一系列弯折以及裁剪测试后，仍能够保持稳定的电化学性能。本工作将为集成化柔性可穿戴电子器件的设计提供借鉴。

图1 （a）传统堆叠与插指器件构型的电池在弯折条件下的受力分析对比；微结构银锌电池在不同弯折状态下的（b）电压变化、（c）放电曲线以及（d）充放电循环性能；（e）微结构银锌电池在经历不同弯折次数的容量保持率以及充放电曲线；2个微结构电池在同一柔性基底集成的（f）光学照片以及（g）在串并联状态下的充放电曲线；（h）2个制备于柔性表带基底的微结构电池点灯示意图。