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要實現(xiàn)一個可持續(xù)、技術(shù)先進(jìn)的未來，就必須解決電子廢物問題?？缮锝到庑问降碾娮赢a(chǎn)品通過其環(huán)境友好性提供了一條可行的道路。隨著每天生產(chǎn)的設(shè)備數(shù)量以及它們的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加，必須開發(fā)能夠維持現(xiàn)代電子產(chǎn)品高功率需求的可降解電池。同時，與用戶密切互動的電子產(chǎn)品或為軟體機(jī)器人設(shè)備提供動力的整合需要高度的順應(yīng)性，這使可拉伸電池變得不可或缺。

約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)Martin Kaltenbrunner等報告了一個新的概念，即將內(nèi)在可拉伸性與工程可拉伸性相結(jié)合，為可持續(xù)和可拉伸的電子產(chǎn)品制備高功率的生物可降解電池。

圖1. 完全可拉伸可降解電池的設(shè)計與制造

具體而言，作者展示了高度可拉伸的kirigami圖案鎂和鉬金屬箔與內(nèi)在可拉伸的凝膠的結(jié)合，形成了一個完全可降解的可拉伸電池。這種設(shè)計包括一個作為正極的三氧化鉬（MoO₃）漿料，一個作為集流體的鉬箔和一個作為負(fù)極的鎂箔。鉬和鎂都具有良好的生物相容性（攝入量上限分別為350 mg day^-1和2000 μg day^{– 1}），這使它們適合于與人體密切接觸的應(yīng)用。海藻酸鈣電解質(zhì)凝膠作為電池的可拉伸隔膜。至于電池的外殼和金屬電極層的骨架，作者采用了一種可生物降解的聚合物。

具體來說，聚癸二酸甘油酯（PGS）具有很高的固有彈性，因此無需進(jìn)一步的步驟使封裝可拉伸。研究顯示，這種設(shè)計提供了高性能的水平，同時具有高的設(shè)備適應(yīng)性，并首次實現(xiàn)了循環(huán)彈性。所得電池實現(xiàn)了196 μW cm^-2的峰值功率輸出和1.72 mWh cm^-2的能量密度，與非可拉伸降解電池的性能相當(dāng)。

圖2. 可拉伸電池的化學(xué)和電氣特性

此外，該電池可承受彎曲、扭曲和單軸拉伸等變形，而沒有重大性能損失。更重要的是，使用后，通過浸泡在水溶液中可以引發(fā)生物降解。進(jìn)一步，作者展示了一種在電極和電池中設(shè)計雙軸拉伸性的方法，該方法可實現(xiàn)高達(dá)20%的面積擴(kuò)展。

此外，可生物降解的電池能被用來為皮膚上的生物醫(yī)學(xué)傳感器貼片供電，從而實現(xiàn)對汗液中鈉濃度的監(jiān)測?？傊?，這項工作制備可拉伸和可生物降解電池的方法表現(xiàn)出高功率輸出，這表明這種新型途徑在實現(xiàn)軟電子和潛在的機(jī)器人的可持續(xù)電源方面具有很大潛力。

圖3. 無固定生物傳感器貼片中電池的生物降解和皮膚使用

Stretchable and Biodegradable Batteries with High Energy and Power Density. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202204457

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