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来源：材料科学前沿收集编辑：BioMed科技
柔性可穿戴电子系统在健康监测、非侵入式治疗和电子皮肤等领域展示出巨大的应用前景，成为近年来的研究热点之一。便携式穿戴器件的实际应用要求柔性电子系统中集成具备机械柔软并且可拉伸延展特点的电源模块。构建基于微观褶皱结构的可拉伸电极，利用微观褶皱的可逆屈曲与平复实现电池的宏观拉伸形变，有望助力柔性电子系统与人体实现共形贴合穿戴集成。然而，受到材料力学性质的制约，目前微观褶皱电极在材料选择和拉伸形变范围方面仍存在很多限制。近日，南京大学现代工程与应用科学学院孔德圣教授团队提出了一种构建微观褶皱电极的通用策略，成功制备出结构紧凑并且可大范围拉伸至525%的锌—二氧化锰电池。
将薄膜状电极转印到预拉伸状态下的弹性基底表面，待释放拉伸应变后，薄膜电极受挤压形成微观褶皱结构。金属薄膜集流体具有理想的电导率，但是在外界拉伸/挤压应变下极易断裂破碎，严重限制电极的导电能力以及电池的储能性能。在刚性的金属薄膜集流体和柔软的弹性基体中间引入一层微米厚度的聚氨酯（TPU）弹性承载薄膜。实验结果表明，弹性承载薄膜展示出强化效果，金属薄膜集流体的结构完整性得到大幅度提升，即使在525%拉伸应变下连续拉伸1000次，仍保持出色的结构完整性和导电性。借助这种方法可以有效制备可拉伸Au和Ag集流体，并且有望拓展到制备其他金属薄膜可拉伸电极，具备一定的普适意义。根据可拉伸电极的机械耐久性和微观褶皱形貌的反馈，优化正/负电极负载量（图2）。通过黏性弹性包装将Zn负极、凝胶电解质和MnO2正极封装后得到机械柔软的可拉伸电池。电池结构紧凑，总厚度仅为1 mm，可以与人体手腕紧密贴合，并且展现出稳定的电化学储能性能（图3）。Zn-MnO2电池可承受525%的拉伸应变，并且展示出稳定的电化学储能性能，即使在525%面积应变下连续拉伸100次后仍优异的充放电性能（图4）。另外，电池可以贴合在多种曲面上，表现出对复杂表面的穿戴潜力。图4.可拉伸Zn-MnO2电池拉伸形变下的电化学性能综上所述，该工作报道了一种基于微观褶皱电极的可拉伸二次电池。基于对电极的结构优化和形貌调控，电池展示出出色的耐拉伸形变能力和良好的穿戴能力。该工作以“Ultrastretchable and Compact Zn-MnO2 Rechargeable Battery”为题发表在ACS Materials Letters上。南京大学硕士生季康是本文第一作者，南京大学的孔德圣教授和柏冲研究员为共同通讯作者。该研究得到江苏省重点研发计划、江苏省双创计划、江苏省研究生科研创新计划和中国博士后科学基金支持。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.3c00058投稿、荐稿、爆料：editor@polysci.cn