孔彪/李勇AFM: 基于纤维素气凝胶-明胶固体电解质的可植入/生物降解锌离子电池

瞬态器件是一种新兴的电子器件，其主要特点是构成材料在完成任务后可以通过化学/物理过程完全/部分降解，因而被认为是可植入器件的新研究方向。然而，瞬态器件的研究仍处于起步阶段，尤其是瞬态能量器件的发展相对缓慢。

在此，复旦大学孔彪研究员及齐鲁工业大学李勇助理研究员等人报道了一种基于可生物降解的纤维素气凝胶-明胶（CAG）电解质的完全可生物降解的瞬态锌离子电池（TZIB），该电池由高度柔性的丝蛋白薄膜、原位蒸发的金薄膜、丝网印刷的锌薄膜和MnO₂/rGO混合材料分别作为封装层、集流体、负极和正极材料组装而成。

这种新型可完全降解的CAG固体电解质使TZIB能够实现可控降解和稳定的电化学性能同时保持优异的机械性能，整个电池装置可以在缓冲的蛋白酶K溶液中在30天内完全降解。此外，该能源系统不含任何有毒重金属离子或有机电解质。

图1. 纤维素气凝胶框架的超组装合成路线示意图

更重要的是，TZIB 在满足可控降解的同时具有优异的电化学性能，在 61.6 mA g^-1的电流密度和宽电压范围（0.85~1.9 V）内可提供211.5 mAh g^-1的比容量，输出电压稳定可达1.6 V。通过引入CAG固体电解质和增塑丝素蛋白封装，可在不影响电化学性能的情况下提高TZIB的柔韧性和机械稳定性。制造的电池在体外和体内几乎可以完全降解，降解过程中产生的物质对宿主（大鼠）无毒无害。

该研究首次实现了高柔性、高机械性能、高生物相容性的完美结合，同时保持了高电池性能。此外，TZIB在满足上述条件的同时表现出更好的循环性能，使得瞬态能量器件能够在无线充电的配合下在生理环境中工作。因此，这些结果证明了TZIB在未来临床应用中的潜力，并为瞬态电子技术提供了一个新平台。

图2. 封装锌薄膜电池的器件结构、放电性能和生物降解曲线

Super-Assembled Hierarchical Cellulose Aerogel-Gelatin Solid Electrolyte for Implantable and Biodegradable Zinc Ion Battery, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202111406

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孔彪/李勇AFM: 基于纤维素气凝胶-明胶固体电解质的可植入/生物降解锌离子电池

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