【引言】

鋰離子電池目前主要應用到汽車、手機和手表等，電子器件中。如何獲得微米，甚至納米級別的電池是非常有意義的。如果，能夠將微納米電池和屏幕組裝在一起，將會大大減少器件的尺寸。目前面臨的問題有：（1）維納電池的制備；（2）電池的透光性；（3）電池的發光性能；（4）電池的壽命等問題。本文的研究促進了維納電池組與屏幕的結合發展進度，制備了具有良好透光性和抗霧能力的光致發光微電池。

【成果簡介】

近日，中國香港城市大學支春義和AndreyL．Rogach（通訊作者）等人，獲得一種具有良好透光性和抗霧能力的光致發光微電池。組裝采用水性ZnMnOx／聚吡咯基微電池具有交叉狀電極的扁平結構，嵌入膠體CdTe量子點的光致發光明膠基電解質和硼砂作為添加劑引入電解液中，這樣可以有效地防止了量子點的發光猝滅，同時提高了微電池的電化學性能。其器件的能量密度可達到21mWhcm－3。另外，組裝三基色（紅－綠－藍，RGB）光致發光微電池陣列，能夠實現電池彩色濾光片的功能，為電池在屏幕的能源得到應用。相關成果以“Light－Permeable，PhotoluminescentMicrobatteriesEmbeddedinTheColorFilterofaScreen”為題發表在Energy＆EnvironmentalScience上。

【圖文導讀】

圖1微電池組的組裝和顯微結構

（a）微電池組組裝的示意圖；

（b）微電池的透光性和霧化效應；

（c）以紅色LED作為背光的數碼照片，有良好的透光性和抗霧能力；

（d）光透過微電池和滲透過平的涂覆PET的ITO后，光強度標準化；

（e）交叉微電極譜的SEM圖像；

（f）鋅負極電沉積的SEM圖像；

（g）MnOx／PPy正極電沉積的SEM圖像；

（h）Mn2p的XPS光譜；

（i）N1s的XPS光譜。

圖2添加光致發光的凝膠CdTe量子點的電解液的顯微結構圖

（a）未添加硼砂的PL穩定性能圖；

（b）添加硼砂的PL穩定性能圖；

（c）添加和未添加硼砂電解液的循環性能對比圖；

（d）紫外光下，電解液釋放出不同顏色的光學照片；

（e）添加和未添加硼砂電解液中鋅離子遷移數量的對比圖；

（f）添加和未添加硼砂電解液的拉曼光譜；

（g）添加和未添加硼砂電解液的的德拜曲線。

圖3μZMB的電化學性能圖

（a）在0．5mVs－1下，μZMB的CV曲線圖；

（b）在0．2，0．3，0．4mA·cm－2下，μZMB的恒流充放電曲線圖；

（c）在0．2mA·cm－2下，μZMB的倍率圖及其首次充放電曲線圖；

（d）μZMB的循環性能圖；

（e）本文和文獻中，電池的體能量密度對比圖；

（f）數字鐘的微電池動力性能的光學圖片。

圖4μZMB的PL性能圖

（a）在藍光、綠光和紅光照射下，μZMB的光學圖像；

（b）在藍光、綠光和紅光照射下，μZMB的PL光譜圖；

（c）μZMB的紅光PL光譜；

（d）μZMB的綠光PL光譜；（c－d中，i為充電態；ii為放電態）

（e）充放電50圈后，μZMB的PL光譜。（e中，i為紅光；ii為綠光）

圖5屏幕中，色彩濾波器中微電池組的示意圖及其性能圖

（a）色彩濾波器中微電池陣列的設計理論示意圖；

（b）μZMB的光學圖像；

（c）紫光照射下的μZMB圖；

（d）RGB像素顯示全色示意圖；

（e）在0．3，0．5和0．8mA下，μZMB陣列的恒流放電曲線。

【小結】

本文將微電池陣列與彩色濾光片結合，提出了一種實現電池屏幕配置的最終策略，這是傳統LCD屏幕的兩個重要組成部分。本文使用電極和透明電解質的交叉結構，開發了水溶性Zn－MnOx／聚吡咯微電池的半透明微電池（μZMB）。水溶性，綠光和紅光的CdTe量子點，能夠結合藍光的明膠基水溶性電解質。采用硼砂抑制Zn2＋離子產生的量子點發光淬滅現象，增加電解液中的離子導電性。本文獲得了能量密度高達21mWhcm－3的光致發光μZMB。μZMB陣列組裝可作為彩色濾光片中三種主要的RGB顏色發射，可用于全彩顯示的電源。在傳統電子設備中最耗電的兩個部件，本文采用電池和屏幕可以混合在一起的策略，為開發極致緊湊型電子設備鋪平道路。