液态金属可重构微流控电池研究取得进展

With the rapid development of wearable electronics, flexible sensors, soft robots and portable medical equipment, electronic devices are gradually getting rid of rigid planar structures and transforming into flexible, curved surface attachment and deformable systems. However, traditional batteries are mainly rigid structures and have shortcomings in deformation capacity, system integration and energy output adaptation, making it difficult to meet the actual application needs of flexible electronic systems. Therefore, how to achieve flexible deformation capabilities of batteries while maintaining stable energy supply and achieving controllable structure and function has become an important research direction in the field of flexible electronics.

近日，中国科学院理化技术研究所科研团队在柔性能源器件领域研究取得进展。团队基于新型镓基低熔点金属材料、液态金属微流控灌注和等离子体可逆键合工艺，制备出一种可弯曲、可集成、可调控输出电压的柔性可重构电池。

团队提出一种基于液态金属微流控灌注的柔性电池制备策略。该策略以Ga52.5Sn39.5Zn8非共晶镓基合金作为阳极材料，以Bi67In33低熔点合金作为阴极材料，并引入碱性水凝胶电解质构建柔性电池单元。传统EGaIn等液态金属在强碱环境中易因氧化层破坏而发生形貌失稳，而Ga52.5Sn39.5Zn8在室温下呈类膏状固态，在加热后又具有良好的流动性，既可用于微通道灌注，又能在电池工作环境中保持较稳定的电极形貌。

在器件制备方面，团队结合软光刻、3D打印以及PDMS-PCTE可逆键合技术，实现了液态金属电极在柔性微通道中的高效构筑与集成。该研究不仅制备出“能弯曲的电池”，还提出了一种可重构柔性电池结构。团队通过设计多层微流道和内部连接电路，使电池内部之间的串并联关系能够通过微流体灌注方法进行调节，从而实现输出电压的调控。与传统依赖外部电路进行电压转换的方式不同，该策略通过改变电池内部结构，即可实现电压输出调控，避免了额外能量损耗与电路复杂度增加的问题。

可穿戴设备、软体机器人以及柔性传感系统通常由多个功能模块构成，不同模块对电压与功率的需求存在差异，而可重构电池可为不同工作模式提供适配的电能输出，从而提升系统整体集成度与能量利用效率，其“可重构”特性对于柔性电子系统具有重要意义。

团队进一步验证了该液态金属微流控器件在可穿戴与柔性电子系统中的应用潜力，通过构建EGaIn–NaOH微流控开关实现LED的通断控制，并将柔性电池集成于腕带结构中，为带有时钟和温度传感功能的LCD模块提供稳定供电，验证了其在可穿戴电子系统中的实际应用能力。

相关研究成果发表在International Journal of Extreme Manufacturing上。

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液态金属电池应用研究