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微電池（MB）有望為各種小型化電子設備提供電力，但其通常面臨復雜制造過程和低面積能量密度的問題。此外，目前MBs的正極都是固態的，面容量和反應動力學之間的權衡限制了其廣泛應用。

圖1. Zn-Br₂ MBs的構建過程和工作機理

在此，清華大學曲良體教授、北京理工大學張志攀教授及中科院力學研究所劉峰副研究員等人提出了一種雙鍍策略來快速構建具有液體正極的鋅溴（Zn-Br₂） MBs，這不僅擺脫了傳統方法的復雜和耗時的流程，而且有助于平面MBs實現高面積能量/功率密度。

其中，電解質是關鍵，它含有氧化還原活性陽離子（Zn²⁺）和陰離子（Br^–）。在充電過程中，Zn²⁺獲得電子沉積在負極集流體上形成鋅負極；同時，Br^–損失電子以產生作為正極集電體上正極的Br₂，放電過程則相反。Zn-Br₂MBs具有無電極特性，它只需要一個叉指型集流體和一個氧化還原活性電解質，消除了活性材料的合成，繞過了在不同微電極上精確涂覆或沉積正負極的挑戰。此外，還可以巧妙地避免正負極麻煩和耗時的質量匹配。

圖2. Zn-Br₂ MBs充放電過程的operando可視化

由于液體介質中的快速反應動力學，Br₂正極的液體特性可規避能量密度和功率密度之間的權衡。得益于這些優點，Zn-Br₂ MB提供了創紀錄的高面容量和能量密度（2220 μAh cm^-2和3645 μWh cm^-2），并保持26.2 mW cm^-2的出色功率密度，是大多數平面MBs的10倍以上。值得一提的是，這些電化學性能是在沒有任何過量正/負極的情況下獲得的。該MBs還具有良好的柔韌性，在不同的彎曲狀態下保持幾乎相同的充放電曲線。同時，Zn-Br₂ MBs顯示出獨特的極性可切換特性，允許在充電過程中對可能的故障操作進行自整流，如錯誤連接正負極。

總之，這項工作為快速構建平面內MBs提供了一種新的簡單而有效的方法，該方法適用于固體和液體微電極。Zn-Br₂ MB作為一種新型MB，不僅豐富了微型儲能器件，而且為平面內MB樹立了新的標桿。

圖3. Zn-Br₂MBs的電化學性能和柔韌性

Fast constructing polarity-switchable zinc-bromine microbatteries with high areal energy density, Science Advances 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abo6688

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曲良體/張志攀/劉峰Science子刊: 高面能量密度的極性可切換鋅-溴微電池

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