东南/南大/南洋理工联发AM: 先进多功能水系可充电电池从材料、设备到系统的设计

多功能水系可充电电池 (MARB) 被认为是安全、经济且可扩展的电化学储能装置，它提供了传统电池无法实现的额外功能，理想情况下会导致前所未有的应用。尽管 MARBs 是当今科学研究和工业发展中最令人兴奋和发展最快的主题之一，但仍缺少对MARBs领域的演变和进展进行系统的总结。

图1. 智能ARB和 MARB集成系统的简要发展历史

在此，为了更好地指导该领域的未来研究，东南大学孙立涛教授、张其冲研究员以及南京大学姚亚刚教授、南洋理工大学魏磊教授等人对MARBs领域的最新研究和开发进展进行了全面回顾。首先，介绍了由功能材料和集成系统组成的MARBs的设计原则，专注于集流体、电极材料、电解液、隔膜、凝胶电解质、基底、包装材料以及平面和纤维状器件的新型集成系统的功能材料设计。

接下来，总结了MARBs的实际应用进展，从智能ARBs（可压缩/可拉伸、自修复、电致变色、耐低温、热自保护、光/空气-充电、光电探测、形状记忆、光致发光和可生物降解）到集成系统（与能量收集装置集成、与能源利用设备集成、与二者同时集成）。

图2. MARB的设计原则

尽管近年来蓬勃发展，但MARBs在性能和实用性方面的探索可能仍处于起步阶段，作者列出了该领域的主要挑战和前瞻性解决方案：

（1）将更多功能材料引入 ARBs；

（2）注意性能的调节和平衡，只追求提高ARB的多功能性是不可取的；

（3）在 MARB 中开发更多功能，如构建尺寸更小、功能更多的 ARB；

（4）建立统一的MARBs性能评价标准；

（5）进一步揭示和理解潜在机制，追踪材料的结构、成分和形态的变化及其相关性；

（6）实现MARB的可穿戴特性；

（7）聚焦医疗设备、不间断电源、航空航天应用等市场需求；

（8）研究MARB大规模生产的可行性、安全、成本问题和环境影响，以最终实现商业化。

图3. MARBs的主要挑战示意图

Advanced Multifunctional Aqueous Rechargeable Batteries Design: From Materials and Devices to Systems, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202104327

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