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東南/南大/南洋理工聯(lián)發(fā)AM: 先進多功能水系可充電電池從材料、設備到系統(tǒng)的設計

多功能水系可充電電池 (MARB) 被認為是安全、經濟且可擴展的電化學儲能裝置，它提供了傳統(tǒng)電池無法實現(xiàn)的額外功能，理想情況下會導致前所未有的應用。盡管 MARBs 是當今科學研究和工業(yè)發(fā)展中最令人興奮和發(fā)展最快的主題之一，但仍缺少對MARBs領域的演變和進展進行系統(tǒng)的總結。

圖1. 智能ARB和 MARB集成系統(tǒng)的簡要發(fā)展歷史

在此，為了更好地指導該領域的未來研究，東南大學孫立濤教授、張其沖研究員以及南京大學姚亞剛教授、南洋理工大學魏磊教授等人對MARBs領域的最新研究和開發(fā)進展進行了全面回顧。首先，介紹了由功能材料和集成系統(tǒng)組成的MARBs的設計原則，專注于集流體、電極材料、電解液、隔膜、凝膠電解質、基底、包裝材料以及平面和纖維狀器件的新型集成系統(tǒng)的功能材料設計。

接下來，總結了MARBs的實際應用進展，從智能ARBs（可壓縮/可拉伸、自修復、電致變色、耐低溫、熱自保護、光/空氣-充電、光電探測、形狀記憶、光致發(fā)光和可生物降解）到集成系統(tǒng)（與能量收集裝置集成、與能源利用設備集成、與二者同時集成）。

圖2. MARB的設計原則

盡管近年來蓬勃發(fā)展，但MARBs在性能和實用性方面的探索可能仍處于起步階段，作者列出了該領域的主要挑戰(zhàn)和前瞻性解決方案：

（1）將更多功能材料引入 ARBs；

（2）注意性能的調節(jié)和平衡，只追求提高ARB的多功能性是不可取的；

（3）在 MARB 中開發(fā)更多功能，如構建尺寸更小、功能更多的 ARB；

（4）建立統(tǒng)一的MARBs性能評價標準；

（5）進一步揭示和理解潛在機制，追蹤材料的結構、成分和形態(tài)的變化及其相關性；

（6）實現(xiàn)MARB的可穿戴特性；

（7）聚焦醫(yī)療設備、不間斷電源、航空航天應用等市場需求；

（8）研究MARB大規(guī)模生產的可行性、安全、成本問題和環(huán)境影響，以最終實現(xiàn)商業(yè)化。

圖3. MARBs的主要挑戰(zhàn)示意圖

Advanced Multifunctional Aqueous Rechargeable Batteries Design: From Materials and Devices to Systems, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104327

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