前沿

　　柔性锌二氧化锰

　　薄膜电池问世

　　本报讯  据物理学家组织网近日报道，随着可穿戴电子设备的兴起，具有柔性的超薄印刷薄膜电池日渐成为科学家研究的热点。包括有机半导体薄膜晶体管在内的新技术纷纷涌现，但由于稳定性等局限性还无法应用于实际产品之上。研究人员提出一种新的方案——锌二氧化锰电池。

　　发展薄膜印刷电池的一大动力是其可以通过制造柔性电子设备的其余部件的生产线来生产，从而提高集成度，降低生产成本。碱性电池与锂离子电池相比，原料更为环保，无需密封，成本更低。碱性化学电池的制造，采用模板印刷到纤维基材之上，可弯曲、能驱动柔印印刷电路，并满足其所需要的性能特征。

　　研究中，通过使用一种特殊的制造工艺，研究人员能将10个单元的电池串联起来组成串联电路，峰值电压可达14伏，容量为0.8毫安时。这种新型薄膜电池可采用目前商业上通用的聚乙烯醇或聚乙烯纤维素薄膜为原材料，使用100微米厚的薄膜隔离锌和二氧化锰电极并成为其基板。疏水性氟聚合物溶液（特氟隆AF）被印刷在两个电极之间，以减少电解质的迁移以及与相邻的其他电池中电极的接触。不同单元电池用含银的印刷油墨连接。

　　为了确定其在真实的印刷电路中的性能，研究人员对该电池进行了与现实使用环境类似的测试。结果显示，该电路的电压波形在以10毫秒为单位的测量中均保持在13伏左右。20分钟后，没有检测到超过该幅度的变化，这表明新电池有着较为稳定的供电能力。

　　（王小龙）  

　　用3D打印机制造

　　沙粒大小微电池

　　本报讯  据物理学家组织网近日报道，美国哈佛大学和伊利诺伊大学厄巴纳——尚佩恩分校研究人员合作，开发出一种3D打印的锂离子微电池，只有一粒沙子大小，而电化性能可媲美商用蓄电池。

　　近些年来，工程师们发明了许多微型设备，如医用移植假体、飞行昆虫机器人、与目镜匹配的微型摄像机和麦克等。但给它们供电的电池往往比设备本身还要大，违背了设备微型化的初衷。如果用传统的沉积薄膜法来制作电极，由于超薄设计，这些固态微电池储存的电量很少，很难为设备提供足够电力。如果能制造一种紧密交错的、由多层平面堆叠而成的超薄电极，将能存储更多电量。

　　研究小组设计了一系列功能“墨水”，具有各种化学和电学性能。用这些墨水加上他们特制的3D打印机，能打印出具有电学、光学、化学或生物学相关性质的精密结构，从而大大拓宽了3D打印的应用范围。

　　为了打印微电极，他们开发并测试了几种特殊的“墨水”，能像电化材料那样，形成工作阳极和阴极，而且能像牙膏一样挤出，打印完成后硬化成像薄膜一样的薄层。他们用一种金属锂氧化物纳米粒子制造了阳极墨水，用另一种材料制造了阴极墨水，形成一种微小的、阳极和阴极紧密交错的多层堆叠结构，每层厚度比发丝还细。之后，把这些电极装在微小容器中，充入电解液就完成了。

　　研究人员还对微电池存储和释放的电量、充电时间进行了检测。

　　（常丽君）

　　铂镍正八面体

　　让燃料电池省铂90%

　　本报讯  据物理学家组织网近日报道，高效耐用的催化剂是燃料电池领域取得突破的关键。最近，德国科学家研发出一种铂镍纳米粒子，用其作催化剂，可将燃料电池中铂的用量减少90%。研究还发现，新纳米粒子的功能由其几何形状和原子结构决定。

　　氢动力燃料电池除产生电能外，唯一的副产品是水，因此被看作传统内燃机的环保替代品。但这种燃料电池的电极需要用到大量“身价不菲”的铂。如果没有铂作为催化剂，很难获得必需的转化效率，因此，铂正成为发展氢燃料电池的“拦路虎”。

　　据了解，氢燃料电池的催化过程只发生在铂表面，而铂纳米粒子可增加铂表面积，既节省材料又能提高电极效率，1公斤纳米粒子的表面积相当于几个足球场。另外，让铂和镍或铜等廉价金属相混合，还可以节省更多铂。

　　在这一思路指导下，德国于利希研究中心（FZJ）和柏林工业大学的科学家成功研发出高效的铂镍催化剂粒子，用于将氢气和氧气转变成水，其中铂仅为以前用量的1/10。

　　新催化剂不由以前广泛使用的圆形纳米粒子，而由铂—镍合金的正八面体纳米粒子组成，正八面体表面的铂镍原子拥有独特的排列方式，能显著提高氢气和氧气生成水的化学反应速度。

　　（焦旭）