充放电时会变色的智能电池问世

Published 21 Aug.2023 14:21(KST)

KAIST Kim Ildoo 教授团队开发内置“π 键间隔体”的电致变色高分子正极材料

一种在用完储存电能后会改变颜色、从而提示何时需要再次充电的智能二次电池已经被开发出来。

韩国科学技术院（KAIST）21日表示，新材料工学系 Kim Ildoo 教授研究团队与明知大学 Yoon Taekwang 教授研究团队合作，开发出一种内置“π键间隔体（Spacer）”的电致变色高分子正极材料，可提高电子和离子的传输效率，成功制备出能够将充放电过程可视化的智能电致变色—锌离子电池的核心材料。

随着智能电子设备及可穿戴市场的快速发展，具备颜色变化功能的智能二次电池系统，相比只具备单纯储能功能的传统二次电池，正受到关注。然而，现有电致变色器件由于电导率较低，电子与离子传输效率和能量存储容量偏低，且难以应用于柔性/可穿戴能源技术，存在诸多局限。

结合电致变色功能的电池是一种突破性的智能电池，可通过颜色变化将充电和放电状态可视化，并可作为显示器件调节太阳能吸收量，从而降低室内制冷能耗。

研究团队成功实现了在长时间空气暴露及机械形变条件下，仍能保持电致变色性能和优异电化学特性的柔性电致变色智能锌离子电池。为最大化电子和离子的传输效率，研究团队在理论建模基础上设计并首次合成了内置“π键间隔体（Spacer）”的高分子正极材料。π键可提升结构内部的电子传输，使离子迁移速度大幅加快，同时离子吸附效率被极大提高，从而显著提升能量存储容量。

与不含间隔体的电池相比，基于内置“π键间隔体（Spacer）”高分子正极材料的电池，由于间隔体提供了额外空间，加快了离子迁移速度，实现了高速充电。该锌离子电池在放电时的容量达到每克110毫安时（110 mAh/g），储能容量较以往提升40%以上；在充放电过程中，颜色可在深蓝色与透明之间快速切换，其变色性能也提高了30%。此外，如果将透明柔性电池技术应用于智能窗户，在白天吸收太阳能的过程中，窗户会呈现较深的颜色，起到阻挡紫外线和刺眼阳光的“窗帘”功能，有望成为未来型能源存储技术的一种应用方向。

Kim 教授表示：“我们成功开发出具有优异变色效率和高能量容量的智能锌离子电池。该技术突破了仅承担能量存储功能的传统电池概念，有望作为一种加速智能电池及可穿戴技术创新的未来型能源存储系统。”

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此次研究成果以期刊内封面论文（Inside Cover）的形式刊登在国际学术期刊《Advanced Materials》8月3日出版的第35卷第31期上（论文题目：A π-Bridge Spacer Embedded Electron Donor–Acceptor Polymer for Flexible Electrochromic Zn-Ion Batteries）。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。