中國粉體網(wǎng)訊 據(jù)科技日報報道,， 隨著機器人設備逐漸縮小,，對微米尺度電池的需求日益迫切,。美國麻省理工學院工程師設計出一款新的微型電池,，可為體內(nèi)膠體機器人、傳感器等微米級設備供電,。這些設備未來或能用于人體內(nèi)藥物輸送,、天然氣管道泄漏定位等領域。相關論文發(fā)表于新一期《科學·機器人》雜志,。
新電池長100微米,，厚2微米，是一款鋅空氣電池,。與其他類型的電池相比,，鋅空氣電池能量密度更高、壽命更長,。該電池從空氣中捕獲氧氣,，可產(chǎn)生高達1伏的開路電壓，能量密度達到760瓦時/升，足以為一個微型電路,、傳感器或執(zhí)行器供電,。這款電池由鉑電極和鋅電極組成，鋅電極嵌入名為SU-8的聚合物條內(nèi),。當電極與空氣中的氧分子相互作用時,，鋅被氧化并釋放出流向鉑電極的電子，從而產(chǎn)生電流,。
鋅空氣電池
鋅空氣電池（ZABs）是一種高效的能源存儲于轉(zhuǎn)換裝置,，該電池主要由空氣正極,、鋅負極,、堿性電解液以及隔膜等關鍵部件組成，它們各自發(fā)揮獨特的作用,，共同構成了一個完整的能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),。空氣正極通常包括電流捕集層,、催化劑層和防水透氣層,，它們能夠直接決定ZABs的充放電效率和功率密度,，負責著ZABs在充電時的OER過程和放電時的ORR過程。而正極材料一般來源于空氣中的O2，當電池放電時,，O2會先溶解于堿性電解液中,，隨后擴散到催化劑層并與催化劑的表面形成氣、固和液三相界面,。隨著反應的進行,，O2會被還原為OH-,，并進一步擴散到鋅負極并與之發(fā)生反應,，而充電過程則與之相反,。
鋅空氣電池電解質(zhì)
作為離子導體的電解質(zhì)是鋅-空氣電池的核心部件之一,，因為它在放電-充電過程中起著重要作用,，并極大地影響電池的可充電性,、工作電壓,、壽命、功率密度和安全性,。
鋅-空氣電池的電解質(zhì)大致可分為液態(tài)和固態(tài)電解質(zhì),。傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)一般使用堿性水電解液，其中KOH具有高的離子電導性,、低粘度、低成本以及低的工作溫度被廣泛使用。液態(tài)的電解質(zhì)根據(jù)pH值和離子類型可分為堿性水電解質(zhì)、非堿性水電解質(zhì)（如近中性電解質(zhì)）,、雙電解質(zhì)和離子液體。固態(tài)電解質(zhì)大致可分為陰離子交換膜、電解質(zhì)儲存膜和凝膠聚合物電解質(zhì)。
可充電鋅-空氣電池的電解質(zhì)的分類
固態(tài)鋅空氣電池
今年5月,，韓國浦項科技大學材料科學與工程系研究團隊成功開發(fā)出一種高容量,、高效率的全固態(tài)鈉空氣電池,，無須特殊設備就能可逆地利用鈉（Na）和空氣,。相關論文發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上,。在本研究中,，團隊使用了一種名為NASICON的固體電解質(zhì)。NASICON由鈉,、硅（Si）和鋯（Zr）等元素組成,，能在固體中進行離子移動，同時表現(xiàn)出很高的電化學性能和化學穩(wěn)定性,，有效解決了碳酸鹽堵塞問題,。研究人員表示，這種基于固體電解質(zhì)的電池平臺可在環(huán)境條件下保持穩(wěn)定,，提供寬電壓范圍,，有望引領全固態(tài)金屬－空氣電池步入“下一代”。
鋅空氣電池的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
人們對ZABs的研究與發(fā)展始于20世紀70年代,，最初主要將其用于軍事和特殊應用領域,。自21世紀開始，隨著科技的進步和社會對能源需求的增加,，人們開始探索更加廣泛的應用場景,，尤其是在便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等領域。
到目前為止,，ZABs的設計與研究已經(jīng)取得了顯著的技術突破,。盡管如此，將ZABs應用于實踐時仍需克服許多挑戰(zhàn),。主要涉及電池的可循環(huán)使用壽命,、充電與放電的效率，及其在大規(guī)模生產(chǎn)和應用時所面臨的成本效益問題,。
未來的研究將重點關注以下三個方向：提升電池的整體性能,、減少生產(chǎn)成本并擴大其應用領域。利用材料科學和納米技術的最新進展,，研究和開發(fā)更為高效的電催化劑及更穩(wěn)定的電極材料,，增加電池的能量密度并提高其循環(huán)穩(wěn)定性，是實現(xiàn)ZABs商業(yè)化應用的必由之路,。還要通過開發(fā)低成本材料并改進生產(chǎn)工藝,，來降低ZABs的制造成本，進而推動其在更廣泛領域中的應用,，包括大規(guī)模能源存儲和電動汽車等,。此外，通過系統(tǒng)優(yōu)化和管理技術的創(chuàng)新,，來提高電池系統(tǒng)的整體效率和可靠性,，拓展其在可穿戴設備,、便攜式電源以及智能電網(wǎng)等領域的應用。
參考來源：
1,、科技日報：為微米級設備供電的鋅空氣電池面世
2,、鈦媒體：新型高能效全固態(tài)鈉空氣電池問世
3,、李文明.固態(tài)鋅-空氣電池的凝膠聚合物電解質(zhì)的研究
4,、范文萍.過渡金屬硫化物在鋅-空氣電池中的應用探究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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