高容量瞬态可消失锂离子电池

随着社会的进步，电子垃圾将成为21世纪越来越严重的问题。以瞬态可消失电子器件为主的瞬态可消失技术正成长为一个可以消除这个问题的新兴领域。瞬态可消失电子器件能够在正常环境下稳定工作，也能够在特别的刺激机制下通过材料物理结构的变化和化学反应使整个电子器件失去功效，并且可控制地实现物理形态上的快速消失。

为了促进瞬态可消失技术的发展，研究具有瞬态可消失能力的储能设备，比如锂离子电池，也得到了充分的关注。瞬态可消失锂离子电池（transient lithium-ion batteries）的电化学性能以及瞬态消失技术是其中的主要研究方向。在传统电池的正极材料中，碳作为导电剂很难溶解，从而使得传统的正极材料不能实现瞬态消失。而没有导电剂的传统电极不具有很好的电化学特性，因此正极材料成为瞬态可消失锂离子电池设计和制备的最大难题。为了实现目标，电池的整套系统，包括电池材料选择、电极结构、电池的封装以及刺激机制都需要认真地研究和设计。

近日，美国马里兰大学材料科学与工程系和马里兰大学能源研究中心的胡良兵教授（点击查看介绍）及其团队成员王峥阳、付堃等成功研制出高容量密度瞬态可消失锂离子电池。该电池以锡掺杂的五氧化二钒纳米纤维为电池正极材料，制备出高负载量（12 mg/cm²）的独立正极。不同于传统的锂离子电池正极，锡掺杂的五氧化二钒正极材料不含有导电剂和粘合剂。掺杂的锡元素提升了正极材料的电化学性能，使得电极材料面电容量能高达到2 mAh/cm²。电池在5 C的电流密度下充放电也能达到0.27 mAh/cm²的电量。电池（大小为12 mm × 12 mm）能够在正常环境下稳定充放电200个循环，也能于8分钟内在碱溶液中完成溶解从而实现瞬态消失。从电极材料到电池结构，再到电池的封装机构，每个环节都进行了精密的设计。高能量密度的瞬态可消失电池锂离子电池也首次实现。瞬态可消失锂离子电池促进了瞬态可消失电子设备的进一步发展，在生物医用、信息安全、零废物消费电子器件等领域有着广泛的应用和前景。

这一成果近期发表在Advanced Functional Materials上，文章的第一作者是马里兰大学博士研究生王峥阳和博士后付堃。

该论文作者为：Zhengyang Wang, Kun (Kelvin) Fu, Zhen Liu, Yonggang Yao, Jiaqi Dai, Yibo Wang, Boyang Liu, Liangbing Hu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Design of High Capacity Dissoluble Electrodes for All Transient Batteries

Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605724, DOI: 10.1002/adfm.201605724

导师介绍

胡良兵

http://www.x-mol.com/university/faculty/35057

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