【导言】

跟着柔性和可穿戴电子设备的发展，柔性储能器件吸引了科研界及工业界的广泛重视。近年来，环绕柔性充电机充电锂离子电池和超级电容器开展了一系列作业，而且取得了重要发展。然而，为了延伸电子设备的续航时刻，需求储能系统有着更高的能量密度。可循环充放电的充电机充电金属空气电池因为其远高于现在充电机充电锂离子电池的理论能量密度，被认为是将来最具有前景的储能设备。开发充电机充电柔性金属空气电池无疑将极大进步柔性和可穿戴电子设备的续航才能，可是也需求处理更多的应战。一方面，充电机充电电池的能量密度、能量功率以及循环寿数都需求进步；另一方面，电极结构、电解液资料以及充电机充电电池结构都需求进行优化，以在形变条件下坚持安稳的电化学功能。

2017年9月14日，Energy Environ. Sci.期刊在线宣布了由香港理工大学倪萌教授课题组谈鹏博士（榜首作者）联合美国佐治亚理工刘美林教授、南京工业大学及澳大利亚科廷大学邵宗平教授编撰的总述论文“Flexible Zn- and Li-Air Batteries: Recent Advances, Challenges, and Future Perspectives”。文章介绍近年来以充电机充电锌空气电池和充电机充电锂空气电池为主的充电机充电柔性金属空气电池的结构规划、电极及电解质资料开发以及运转条件办理方面的发展，并对未来研讨方向进行了探讨和展望。

一、概述

相比于充电机充电锂离子电池，充电机充电金属空气电池有着极高的理论容量和能量密度而引起了广泛的研讨重视，如图1所示。其间，碱性系统的可充电充电机充电锌空气电池和有机系统的充电机充电锂空气电池作为水系和非水系系统的典型代表更是近期研讨的热门。充电机充电电池的作业原理如图2所示。当将充电机充电电池制备成柔性，需求规划新的柔性结构，制备柔性的电极资料和固态电解质膜，然后面临更多的应战。

图1 不同充电机充电金属空气电池的容量、能量密度和电压比照

图2 充电机充电碱性系统锌空气电池和非水系统充电机充电锂空气电池的作业原理示意图

二、充电机充电柔性电池结构及测验

现在，在柔性锌空和锂空充电机充电电池中广泛选用的充电机充电电池结构是将柔性正极、电解质膜和负极叠加组成的三明治结构。另一种则是选用线状的金属电极，在外表顺次包裹电解质层和空气电极层组成管状结构。此外，还有一些新的结构，例如能够折叠的充电机充电电池结构和受竹简启示制成的柔性超简便充电机充电锂空气电池。

针对充电机充电柔性电池的测验除了惯例充电机充电电池中的充放电和循环寿数测验，在外力下的安稳性至关重要。首要包含曲折、歪曲不同的视点下和拉伸不同长度下的电化学安稳性以及在长时间疲惫下的功能坚持性。

三、金属电极

在柔性空气充电机充电电池中一般直接运用金属片作为电极。可是金属片在长时间曲折中可能呈现疲惫失效。在柔性锌空充电机充电电池中，有将金属粉末和粘结剂、导电碳粉组合构成复合电极，进步了电极的柔性和安稳性。在柔性锂空充电机充电电池中，有将金属锂和不锈钢网滚压在一起，以进步金属电极抗疲惫性。另外，为了完成充电机充电柔性电池必定的拉伸性，能够将金属电极制成绷簧状，或许将多片小块的金属联组成一个完好电极，经过“化整为零”满意拉伸的需求。

四、电解质膜

在充电机充电柔性锌空气电池中，首要选用阴离子交流膜和碱性凝胶电解质作为充电机充电电池的电解质膜。在柔性充电机充电锂空气电池中，电解质膜首要包含凝胶、固体和复合聚合物电解质膜。为了完成充电机充电柔性电池杰出的电化学功能，除了要求电解质膜具有杰出的电导率、化学和电化学安稳性等传统液体电解质的性质外，与金属和空气电极的界面问题是需求处理的难题。

对电解质膜-金属电极界面来说，需求战胜枝晶及外表钝化的问题。关于电解质膜-空气电极界面来说，固体电解质大大减少了有用反响界面。关于充电机充电锂空气电池来说，因为产品是固态的过氧化锂，进一步加重了反响面积的衰减。然后，需求有用的方法来增加反响界面。

此外，在充电机充电电池曲折或歪曲的过程中，因为电极和电解质膜力学性质的不同，可能会导致电极和电解质膜的分离。如何保持界面的安稳是确保充电机充电电池得以长时间安稳运转的要害。

五、空气电极

空气电极作为充电机充电金属空气电池的重要组件，一直是研讨的热门。一方面，需求有用的催化剂完成充电机充电电池的快速充放电；另一方面，需求有适宜的结构确保氧气的传输。在充电机充电柔性电池中，更需求电极具有杰出的柔韧性满意形变的需求。现在，首要的柔性电极包含：一、以碳布或许碳纤维编制的网组成的电极；二、以纳米碳资料（如碳纳米管、石墨烯）组成的如碳纳米管纸、石墨纸电极；三、金属基体如不锈钢网、镍网构成的电极；四、其他一些新式柔性电极。

六、运转办理

一般，充电机充电锌空气电池直接在空气中运转，而充电机充电锂空气电池在氧气中运转。而运转条件会严重影响充电机充电电池的功能。首要，空气中的水分会影响电解质膜的安稳性，而空气中的二氧化碳有着更大的影响：在充电机充电锌空气电池中会构成碳酸盐，影响电解质的电导率；在充电机充电锂空气电池中构成固体副产品碳酸锂，影响充电机充电电池的充电功能。其次，充电机充电电池功能一般是在室温环境下测验的，而在实际运用时温度却有着较大的改变。例如在可穿戴设备上，因为和人体触摸，充电机充电电池的运转温度可能会提升至三十度或许更高。而在不同的时节和区域，温度的改变将会更大。因而，未来的充电机充电电池测验需求更具体的考察在不同气体空气和温度下的安稳性，而且选用适宜的办理办法。

七、总结与展望

近年来，在充电机充电柔性金属空气电池上取得了一系列发展，充电机充电电池的能量密度、功率以及循环寿数都有了大幅的提示。未来的研讨需求进一步处理下列问题：一、新式的充电机充电电池结构规划，满意各种形变条件下坚持安稳的电化学功能；二、评价规范的树立，将充电机充电电池功能的查核目标规范化，例如根据一致的质量或体积，规则公认的柔性测验规范（例如曲折和歪曲视点、拉伸长度、疲惫测验等）；三、柔性组件的开发，包含金属和空气电极、电解质膜、集流体以及封装资料等；四、运转条件的办理，确保在不同条件下都能供给安稳的电化学功能。

总而言之，未来的研讨需求选用试验在线监测与数值模仿等多种技术手段相结合的方法，明晰地说明在充电机充电电池运转中的物质传输、结构改变和电化学反响之间的联系，为合理规划充电机充电电池供给重要的指导。