加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发出第一款柔性，可拉伸和可充电的印刷电池。锌电池可用于为从可穿戴传感器到太阳能电池和其他类型电子设备的所有设备供电。
研究人员通过采用由异戊二烯(橡胶中的主要成分之一)和聚苯乙烯(一种树脂状组分)制成的超弹性聚合物材料，使印刷电池具有柔韧性和可拉伸性。这种物质称为SIS，可以使电池在任何方向上伸展两倍，而不会受到损坏。
用于打印电池的墨水由与SIS混合的锌银氧化物制成。虽然锌电池已经使用了很长时间，但它们通常是不可充电的。研究人员在电池中加入氧化铋使其充电。
“这是向自供电可伸缩电子设备迈出的重要一步，”该论文的资深作者之一，加州大学圣地亚哥分校Jacobs工程学院的纳米工程教授约瑟夫·王说，他指导学校的可穿戴传感器中心。“我们希望这项技术能够为增强其他形式的储能和可印刷，可拉伸电子产品铺平道路，不仅适用于锌基电池，还适用于锂离子电池，以及超级电容器和光伏电池。”
研究人员开发的原型电池大约是可充电助听器电池容量的1/5。但它厚度为1/10，价格便宜并且使用市售材料。它需要两个这样的电池来为3伏LED供电。研究人员仍在努力提高电池的性能。接下来的步骤包括将技术的使用扩展到不同的应用，例如太阳能和燃料电池; 并使用电池为不同种类的电子设备供电。
研究人员使用标准丝网印刷技术制造电池 - 这种方法可以大大降低技术成本。一节电池的典型材料仅需0.50美元。可比较的商用可充电电池成本为5.00美元电池可以直接印在织物上或允许可穿戴设备粘附在皮肤上的材料上。它们还可以作为条带印刷，为需要更多能量的设备供电。它们很稳定，可以长时间佩戴。
使电池可充电
使电池可充电的关键因素是一种称为氧化铋的分子，当它混入电池的锌电极时，可延长设备的使用寿命并使其充电。在锌电池中加入氧化铋是工业上提高性能的标准做法，但直到最近，还没有一个彻底的科学解释为什么。
去年，由Y. Shirley Meng教授领导的加州大学圣地亚哥纳米工程师发表了详细的分子研究，解决了这个问题(在此下载PDF)。当锌电池放电时，它们的电极与电池内的液体电解质反应，产生溶解成溶液的锌盐。这最终使电池短路。添加氧化铋可使电极不会损失锌到电解液中。这可确保电池继续工作并可充电。
该工作表明，可以使用少量添加剂，如氧化铋，来改变材料的性能。“了解这样做的科学机制将使我们能够将非充电电池变成可充电电池 - 不仅仅是锌电池，还包括其他电化学品，如锂 - 氧，”负责可持续发电和能源的孟说。加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的中心
从创新到市场
Rajan Kumar是这篇Advanced Energy Materials论文的共同第一作者，是一位纳米工程博士。雅各布斯工程学院的学生。他和纳米工程教授王教授领导的团队专注于商业化这项工作的各个方面。该团队是加入加州大学圣地亚哥分校的新技术加速器之五。该技术加速器由加州大学圣地亚哥全球企业家研究所运营，该研究所是雅各布工程学院和拉迪管理学院之间的合作项目。
Kumar很高兴能够充分利用IGE技术加速器提供的所有功能。
“对于我们来说，它具有战略性的完美性，”Kumar说，他指的是原型改进的50,000美元资金，以及与战略合作伙伴一起进行原型测试的重点，以及企业家精神指导。
Kumar对团队的创新充满信心，其中包括用薄的可拉伸电池替换纽扣电池的能力。现在做出正确的战略举措对于商业化的成功至关重要。
“现在关于确保我们的能量集中在正确的方向，”库马尔说。
除了IGE技术加速器之外，该团队最近还被选中参加加州大学圣地亚哥分校的NSF Innovation-Corps(I-Corps)项目，该项目也由全球企业家协会管理。I-Corps计划的关键原则之一是帮助创业团队在商业化进程的早期验证其目标市场和商业模式。例如，通过NSF I-Corps，Kumar已经开始采访潜在客户，这有助于团队更好地关注他们的商业化战略。
通过这些计划，Kumar专注于带领团队完成一系列里程碑，以便最好地定位他们的创新，以“完善构建内容和构建内容的人”，他说。