中國粉體網訊 據科技日報報道， 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藥物輸送、天然氣管道泄漏定位等領域。相關論文發表于新一期《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。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，它們各自發揮獨特的作用，共同構成了一個完整的能源轉換系統。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生反應，而充電過程則與之相反。
鋅空氣電池電解質
作為離子導體的電解質是鋅-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-空氣電池的電解質大致可分為液態和固態電解質。傳統的液態電解質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。液態的電解質根據pH值和離子類型可分為堿性水電解質、非堿性水電解質（如近中性電解質）、雙電解質和離子液體。固態電解質大致可分為陰離子交換膜、電解質儲存膜和凝膠聚合物電解質。
可充電鋅-空氣電池的電解質的分類
固態鋅空氣電池
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出一種高容量、高效率的全固態鈉空氣電池，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。NASICON由鈉、硅（Si）和鋯（Zr）等元素組成，能在固體中進行離子移動，同時表現出很高的電化學性能和化學穩定性，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的電池平臺可在環境條件下保持穩定，提供寬電壓范圍，有望引領全固態金屬－空氣電池步入“下一代”。
鋅空氣電池的發展歷史及現狀
人們對ZABs的研究與發展始于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品和電動汽車等領域。
到目前為止，ZABs的設計與研究已經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。主要涉及電池的可循環使用壽命、充電與放電的效率，及其在大規模生產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，研究和開發更為高效的電催化劑及更穩定的電極材料，增加電池的能量密度并提高其循環穩定性，是實現ZABs商業化應用的必由之路。還要通過開發低成本材料并改進生產工藝，來降低ZABs的制造成本，進而推動其在更廣泛領域中的應用，包括大規模能源存儲和電動汽車等。此外，通過系統優化和管理技術的創新，來提高電池系統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：新型高能效全固態鈉空氣電池問世
3、李文明.固態鋅-空氣電池的凝膠聚合物電解質的研究
4、范文萍.過渡金屬硫化物在鋅-空氣電池中的應用探究
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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