近年來，能夠產(chǎn)生多種機(jī)械形變的柔性可穿戴電子設(shè)備備受關(guān)注，同時(shí)，這些器件還要求具有較高的儲(chǔ)能能力和可靠性。目前，柔性金屬空氣電池由于其高能量密度、良好的安全性和低成本被廣泛認(rèn)為是下一代高效儲(chǔ)能系統(tǒng)之一。

特別是鋁空氣(Al-air)電池理論能量密度為2796Whkg-1，鋁電極的理論容量可達(dá)2980mAhg-1，是滿足高性能便攜式電子器件能量和機(jī)械柔性雙重挑戰(zhàn)的潛在候選者之一。但是，傳統(tǒng)的鋁-空氣電池采用液態(tài)電解質(zhì)和剛性電極，不能滿足柔性可穿戴電子產(chǎn)品的機(jī)械輕量化要求。

近日，新加坡國(guó)立大學(xué)研究者采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建了氮摻雜碳納米纖維包覆Fe3C催化劑(Fe3C@N-CFs)，并探究了制備全固態(tài)鋁空氣電池中空氣正極獨(dú)特的host-guest模型。固態(tài)電解質(zhì)電池在1.61V下8小時(shí)放電性能穩(wěn)定，工作時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定性高。

采用含F(xiàn)e金屬有機(jī)骨架(Fe-MOFs)的聚丙烯腈(PAN)前驅(qū)液經(jīng)過電紡絲法和高溫可控?zé)峤獾玫紽e3C@N-CFs催化劑。合成的材料將與高度石墨化的電紡納米纖維和MOF衍生的催化納米相結(jié)合。其中，F(xiàn)e-MOFs的使用提高了比表面積、介孔率和納米結(jié)晶度，而電紡納米纖維促進(jìn)交聯(lián)多孔網(wǎng)絡(luò)形貌結(jié)構(gòu)的形成。

研究表明，催化劑由于其多功能組分、良好的形貌結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)顯著提高了ORR活性。相關(guān)研究成果以“FlexibleandWearableAll-Solid-StateAl-AirBatteryBasedonIronCarbideEncapsulatedinElectrospunPorousCarbonNanofibers”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊ACSAppliedmaterials&interfaces（IF=8.097）。

固態(tài)鋁空氣電池的電流密度和功率密度；(b)固態(tài)鋁空氣電池在1.5V下的阻抗曲線；(c)在電流密度為1mAcm-2時(shí)的放電曲線；(d)Al-air電池的光學(xué)照片，F(xiàn)e3C@NCFs空氣正極顯示其平面和彎曲狀態(tài)下的開路電位；(e-f)LED手表采用固態(tài)鋁空氣電池(Fe3C@N-CFs空氣正極)作為表帶。