南京大学孔德圣教授ACS Materials Lett ：面向自供能可穿戴电子器件的本征可拉伸锌锰微电池BBIN BBIN宝盈

　　可穿戴电子器件的发展要求与之匹配的储能器件具备机械柔性、良好的拉伸形变能力、在形变状态下稳定的电化学性能和优秀的集成能力。使用本征柔顺的材料制备可拉伸电极可以赋予储能器件类似皮肤的机械性能，有望在穿戴过程中实现与皮肤的紧密贴合。但是，本征可拉伸电极在高拉伸形变状态下电导率会显著下降，电极的完整性也被显著破坏，造成电池性能剧烈下降。因此，亟需构建兼具良好拉伸形变能力和充放电性能的电池体系。

　　近日，南京大学孔德圣教授团队提出一种借助应变调控策略构筑本征可拉伸锌/锰微电池器件的方法，成功将微电池拉伸至200%。在此基础上，进一步构筑可贴肤穿戴的自供能可穿戴电子器件，展示了该微电池体系的可穿戴应用潜力。

　　如图1所示，可拉伸集流体由高弹性模量的叉指状微电极（～69.7 MPa）和低弹性模量的橡胶基底（～1.6 MPa）构成。由于叉指状微电极和橡胶基底在弹性模量上存在显著差异，当集流体受到拉伸时，集流体上的应变分布被显著地调控。当集流体被拉伸至100%时，叉指状微电极承受20%的拉伸应变，即使集流体被拉伸至200%，叉指状微电极也仅承受47%拉伸应变。

　　图2展示了基于可拉伸集流体的锌/锰微电池在不同拉伸形变状态下的充放电曲线。由于集流体对拉伸应变的有效调控，电池电极在拉伸形变状态下仍保持出色的结构完整性。微电池在0～200%拉伸范围内展示出明显的充放电平台和较高的容量保持率。在0～100%应变范围内以不同速率进行动态拉伸形变过程中，锌/锰微电池的充放电曲线在充放电平台和容量上几乎没有变化，展示出优异的可靠性和出色的穿戴潜力。

　　如图3所示，锌/锰微电池可以容易地以串联和并联方式集成，得到的电池组的输出电压和容量均呈现线性增大趋势。锌/锰微电池组可以有效地驱动LED阵列，并且在人体运动状态下仍保持与皮肤之间的稳定贴合。

　　本文报道了一种具备高拉伸形变能力和形变状态下稳定可靠的充放电能力的锌/锰微电池的制备策略。通过调节微电极的弹性模量，可拉伸电极在拉伸形变状态下的应变分布被有效调控。所制备的锌/锰微电池在静态拉伸状态和动态拉伸形变状态下均展示出出色的电化学性能。所制备的锌/锰微电池可以与皮肤紧密贴合，实现对可穿戴电子器件的有效供能。该项工作有望为制备高拉伸性微电池提供一种较为通用的研究策略。

　　相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上，南京大学博士后柏冲为文章第一作者，孔德圣教授为通讯作者。

　　孔德圣，博士。2004-2008年于北京大学物理学院接受本科教育，2008-2014年毕业于斯坦福大学材料科学与工程系攻读博士学位，2014-2016年在斯坦福大学化学工程系从事博士后研究。2016年入选国家“海外高层次人才”计划青年项目，2018年入选江苏省“双创人才”，目前就职于南京大学现代工程与应用科学学院材料科学与工程系，任教授、博士生导师，同时担任中国材料研究学会青年工作委员会理事。研究方向为可拉伸电子材料和器件技术，发表研究论文80篇，引用次数17000次，入选2018-2021年度跨学科领域全球“高被引科学家”名单。