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紙質(zhì)電子產(chǎn)品為柔性和可穿戴系統(tǒng)提供了一種環(huán)境可持續(xù)的選擇，并完美契合了現(xiàn)有的打印技術(shù)以實現(xiàn)高制造效率。作為耗能設(shè)備的心臟，紙基電池需要高保真地與打印過程兼容。

在此，新加坡南洋理工大學(xué)范紅金教授、Seok Woo Lee等人提出了一種用于可印刷鋅電池和紙質(zhì)電子產(chǎn)品的新型水凝膠增強(qiáng)纖維素紙（HCP）。HCP 可以承受比原始紙張更高的應(yīng)變，并且可以在4周內(nèi)在自然環(huán)境中生物降解。

通過結(jié)合纖維素紙和水凝膠的特性，復(fù)合紙表現(xiàn)出良好的機(jī)械和導(dǎo)電性能，適合作為準(zhǔn)固態(tài)鋅電池的隔膜和電解質(zhì)。負(fù)極和正極材料分別印在HCP的正反面，這與以前僅用作隔膜但不能印刷電極材料的納米纖維素/水凝膠復(fù)合材料不同。

圖1. 水凝膠纖維素紙 (HCP) 的制備和表征

驗證實驗顯示，這種紙質(zhì)印刷電池可切割且靈活，沒有短路故障的風(fēng)險。其中，印刷在HCP上的鋅金屬（Ni-Zn和Mn-Zn）電池具有≈26 mWh cm^-3的顯著體積能量密度，是普通柔性Ni-Zn電池的兩倍多（基于設(shè)備總體積為10.7 mWh cm^-3），并且還展示了可切割性以及與柔性電路和設(shè)備的兼容性。

因此，可以通過將印刷紙質(zhì)電池與太陽能電池和發(fā)光二極管集成來構(gòu)建自供電電子系統(tǒng)。這項工作展示了印刷紙質(zhì)電池與柔性電子集成邁向紙質(zhì)電子新時代的可能性。

圖2. HCP上印刷鋅電池的結(jié)構(gòu)

圖3. 印刷鋅電池的電化學(xué)性能

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

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南洋理工范紅金教授Adv. Sci.: 一種可打印的紙質(zhì)鋅基電池

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