软机器人和可穿戴传感器等智能可穿戴电子产品的快速增长提高了对弹性、可变形性、低工作温度和出色安全性等要求的标准，以及先进储能设备的灵活性。为了实现锂、钠、锌和铝基电池等各种类型电池的柔韧性和可拉伸性，人们致力于用柔性电极材料代替刚性金属基阳极。就可穿戴设备的安全性而言，水性电池被认为是有前途的。虽然这些研究取得了显着的成果，但固体电极的拉伸性和弯曲性有限。固体金属电极表面的枝晶生长会造成严重的火灾、爆炸等安全隐患，是电池研究的主要瓶颈。此外，在低于零的温度下，由于热膨胀系数不同，固体电极可能会与准固体/固体电解质分离，从而导致电池电路损坏。
图1.a,b）具有一维纤维、二维片状和三维球形形状的GaInSn液态金属-PANI电池的内部结构示意图。c), d,e) 由 1-D 和 3-D GaInSn-PANI 电池供电的 LED 电路在拉伸、变形和释放状态的照片。
基于此，韩国科学技术研究院Joong Kee Lee使用Ga68In22Sn10作为液态金属阳极和导电聚合物（聚苯胺（PANI））阴极开发了一种在低温下运行的形状可变的水性二次电池。在 GaInSn 合金阳极中，Ga 是活性成分，而 Sn 和 In 提高了耐酸性并将共晶点降低到 -19 °C，因此可以使用强酸性水性电解质（pH 0.9），同时提高 PANI 阴极的活性和稳定性。因此，电池表现出优异的电化学性能和机械稳定性。GaInSn-PANI 电池通过 Ga3+剥离/电镀和Cl -的混合机制运行插入/提取并提供超过 223.9 mAh g-1的高可逆容量，4300 mW g-1和 98.7 mWh g-1的功率和能量密度，且在500 次循环后保留率为 80.3%。由于采用液态阳极，无需包装的电池，只需几毫牛顿的小力即可使电池变形而不会造成任何容量损失。此外，在大约 -5 °C 时，电池在 0.2 A g-1时提供 67.8 mAh g-1的容量，具有100%的弹性。因此，这种电池有望成为低温和苛刻环境下的可变形能源设备。
图 5. GaInSn-PANI 电池在 a-c) 室温和 d) –4.6 °C 下的变形能力。
相关论文以题为A Shape-Variable, Low-Temperature Liquid Metal–Conductive Polymer Aqueous Secondary Battery发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是韩国科学技术研究院Joong Kee Lee、韩国东国大学的Woochul Yang和Guicheng Liu。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202107062
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