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微電池（MB）有望為各種小型化電子設(shè)備提供電力，但其通常面臨復(fù)雜制造過程和低面積能量密度的問題。此外，目前MBs的正極都是固態(tài)的，面容量和反應(yīng)動力學(xué)之間的權(quán)衡限制了其廣泛應(yīng)用。

圖1. Zn-Br₂ MBs的構(gòu)建過程和工作機理

在此，清華大學(xué)曲良體教授、北京理工大學(xué)張志攀教授及中科院力學(xué)研究所劉峰副研究員等人提出了一種雙鍍策略來快速構(gòu)建具有液體正極的鋅溴（Zn-Br₂） MBs，這不僅擺脫了傳統(tǒng)方法的復(fù)雜和耗時的流程，而且有助于平面MBs實現(xiàn)高面積能量/功率密度。

其中，電解質(zhì)是關(guān)鍵，它含有氧化還原活性陽離子（Zn²⁺）和陰離子（Br^–）。在充電過程中，Zn²⁺獲得電子沉積在負(fù)極集流體上形成鋅負(fù)極；同時，Br^–損失電子以產(chǎn)生作為正極集電體上正極的Br₂，放電過程則相反。Zn-Br₂MBs具有無電極特性，它只需要一個叉指型集流體和一個氧化還原活性電解質(zhì)，消除了活性材料的合成，繞過了在不同微電極上精確涂覆或沉積正負(fù)極的挑戰(zhàn)。此外，還可以巧妙地避免正負(fù)極麻煩和耗時的質(zhì)量匹配。

圖2. Zn-Br₂ MBs充放電過程的operando可視化

由于液體介質(zhì)中的快速反應(yīng)動力學(xué)，Br₂正極的液體特性可規(guī)避能量密度和功率密度之間的權(quán)衡。得益于這些優(yōu)點，Zn-Br₂ MB提供了創(chuàng)紀(jì)錄的高面容量和能量密度（2220 μAh cm^-2和3645 μWh cm^-2），并保持26.2 mW cm^-2的出色功率密度，是大多數(shù)平面MBs的10倍以上。值得一提的是，這些電化學(xué)性能是在沒有任何過量正/負(fù)極的情況下獲得的。該MBs還具有良好的柔韌性，在不同的彎曲狀態(tài)下保持幾乎相同的充放電曲線。同時，Zn-Br₂ MBs顯示出獨特的極性可切換特性，允許在充電過程中對可能的故障操作進(jìn)行自整流，如錯誤連接正負(fù)極。

總之，這項工作為快速構(gòu)建平面內(nèi)MBs提供了一種新的簡單而有效的方法，該方法適用于固體和液體微電極。Zn-Br₂ MB作為一種新型MB，不僅豐富了微型儲能器件，而且為平面內(nèi)MB樹立了新的標(biāo)桿。

圖3. Zn-Br₂MBs的電化學(xué)性能和柔韌性

Fast constructing polarity-switchable zinc-bromine microbatteries with high areal energy density, Science Advances 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abo6688

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曲良體/張志攀/劉峰Science子刊: 高面能量密度的極性可切換鋅-溴微電池

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