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黃維/霍峰蔚/李盛Adv. Sci.: 構(gòu)建柔性鋅空氣電池的前沿和結(jié)構(gòu)工程

隨著柔性設備的發(fā)展，對可穿戴電源的需求增加并逐漸成為當務之急。鋅-空氣電池（ZABs）由于其理論能量密度高、安全性能好、可以滿足可穿戴能源供應需求而引起了廣泛的研究興趣。

在此，南京工業(yè)大學黃維院士、霍峰蔚教授及李盛教授等人從電極的設計、固態(tài)電解質(zhì)（SSE）的開發(fā)和電池的架構(gòu)等方面總結(jié)了柔性ZAB的最新進展。作者首先簡要介紹了ZAB的組成、儲能機理，并指出目前柔性ZABs受限于ZABs本身存在的問題以及不成熟的器件變形技術。

接下來討論了ZAB關鍵部件的靈活性，包括多孔正極、電解質(zhì)、鋅金屬負極和具有可變形特性的集流體，這些組件材料的選擇和電池的構(gòu)造方法將在本質(zhì)上影響整個系統(tǒng)的靈活性和能量密度。此外，作者介紹了實現(xiàn)柔性ZABs的4種結(jié)構(gòu)，即彈簧結(jié)構(gòu)、波浪形結(jié)構(gòu)、折紙/剪紙結(jié)構(gòu)及島橋結(jié)構(gòu)。

圖1. ZAB的示意圖和循環(huán)過程

最后，作者展望了柔性ZAB的未來發(fā)展：

（1）建立和調(diào)整通用和標準的柔性測試方法；

（2）優(yōu)化柔性ZABs，實現(xiàn)柔性和能量密度的平衡；

（3）柔性ZAB設計時不能忽視催化劑、傳質(zhì)、電導率、空氣正極結(jié)構(gòu)和變形能力等不同因素，此外，空氣中CO₂的影響和水分蒸發(fā)等也需要考慮；

（4）設計新型的柔性負極保護層；

（5）設計可以滿足大規(guī)模變形的SSE；

（6）根據(jù)場合和要求進行定制化柔性的電池結(jié)構(gòu)設計。該綜述將對這一領域的研究人員有所幫助，并希望在解決阻礙柔性儲能裝置實際應用的問題上取得更多進展。

圖2. 實現(xiàn)柔性ZAB大規(guī)模變形的4種結(jié)構(gòu)

Frontiers and Structural Engineering for Building Flexible Zinc-Air Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103954

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