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紙質電子產品為柔性和可穿戴系統提供了一種環境可持續的選擇，并完美契合了現有的打印技術以實現高制造效率。作為耗能設備的心臟，紙基電池需要高保真地與打印過程兼容。

在此，新加坡南洋理工大學范紅金教授、Seok Woo Lee等人提出了一種用于可印刷鋅電池和紙質電子產品的新型水凝膠增強纖維素紙（HCP）。HCP 可以承受比原始紙張更高的應變，并且可以在4周內在自然環境中生物降解。

通過結合纖維素紙和水凝膠的特性，復合紙表現出良好的機械和導電性能，適合作為準固態鋅電池的隔膜和電解質。負極和正極材料分別印在HCP的正反面，這與以前僅用作隔膜但不能印刷電極材料的納米纖維素/水凝膠復合材料不同。

圖1. 水凝膠纖維素紙 (HCP) 的制備和表征

驗證實驗顯示，這種紙質印刷電池可切割且靈活，沒有短路故障的風險。其中，印刷在HCP上的鋅金屬（Ni-Zn和Mn-Zn）電池具有≈26 mWh cm^-3的顯著體積能量密度，是普通柔性Ni-Zn電池的兩倍多（基于設備總體積為10.7 mWh cm^-3），并且還展示了可切割性以及與柔性電路和設備的兼容性。

因此，可以通過將印刷紙質電池與太陽能電池和發光二極管集成來構建自供電電子系統。這項工作展示了印刷紙質電池與柔性電子集成邁向紙質電子新時代的可能性。

圖2. HCP上印刷鋅電池的結構

圖3. 印刷鋅電池的電化學性能

Printed Zinc Paper Batteries, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202103894

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南洋理工范紅金教授Adv. Sci.: 一種可打印的紙質鋅基電池

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