(A flexible screen-printed rechargeable battery with up to 10 times more power than state of the art)
2020/12/7 ｱﾒﾘｶ合衆国・カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)
・ USCD とカリフォルニア州拠点企業の ZPower が、最先端電池の 5～10 倍のエネルギー密度を有するフレキシブルな酸化銀-亜鉛(AgO-Zn)蓄電池を開発。
・ 同蓄電池は、標準的な研究室の環境下、スクリーンプリントで容易に製造でき、電池に合わせた電子機器の従来型設計手法に代わり、電子機器に合わせた電池設計を可能にするもの。5G や IoT の市場が急速に成長する中、大電流ワイヤレスデバイスにおいて市販の製品性能を超える同蓄電池は、家電製品向け次世代電源競争での主力となると考える。
・ 同電池は、標準的なリチウムイオンの 10～20 倍である 50mAh/㎠の高面積容量を有し、同じ表面積ではエネルギー出力が 5～10 倍向上。極めて低いインピーダンスにより、現在市販のあらゆるフレキシブル蓄電池を超える高いエネルギー容量を提供。電子回路やデバイスでの電流の流れを妨げるインピーダンスが低いほど、大電流放電で優れた電池性能を示す。
・ このような高エネルギー密度は、その酸化銀-亜鉛(AgO-Zn)の電池化学によるもの。市販のフレキシブル電池は酸化銀(Ⅰ)-亜鉛（Ag2O-Zn)を利用するものが多く、短いサイクル寿命や低容量のため低電力の使い捨て電子機器での利用が制限される。
・ AgO では化学的な安定性が課題だが、ZPower が提供する AgO カソード材料では、独自の酸化鉛コーティングにより、AgO の電気化学的な安定性と導電性を向上させた。また、AgO-Zn に加え、プリント作製した集電体の優れた導電性も低インピーダンスの達成に寄与した。
・ AgO は非常に酸化しやすく急速に劣化するため、これまでスクリーンプリントで利用されることがなかったが、プリントに適したインク組成の特定に成功。インク作製後数秒で電池をプリントし、数分内で乾燥後すぐに利用できる。電池製造を高速化・スケーラブル化するロール・ツー・ロールプロセスも利用できる。
・ シーリング処理可能な、約 200℃の高い融点を持つ化学的に安定した弾性ポリマーフィルムに電池をプリントする。スクリーンプリント層は、集電体、亜鉛アノード、AgO カソードおよびセパレーターから構成される。
・ マイクロコントローラーと Bluetooth モジュールを搭載したフレシキブルなディスプレイシステムへの電力供給に成功。市販のコイン型リチウム電池を超える性能を確認した。80 サイクル超の充電で容量損失の大きな兆候は見られず、折り曲げやひねりを繰り返しても機能を維持できた。
・ 高エネルギー、カスタム作製とフレキシビリティーを要する 5G デバイスやソフトロボティクスで利用できる、インピーダンスをさらに低減したより安価な高速充電デバイスの実現に向け、同蓄電池の次世代型の開発にすでに着手している。
URL: https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/flexiblebatteries
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Joule 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
High Performance Printed AgO-Zn Rechargeable Battery for Flexible Electronics
URL:
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30516-
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Summary
The rise of flexible electronics calls for cost-effective and scalable batteries with good mechanical and electrochemical performance. In this work, we developed printable, polymer-based AgO-Zn batteries featuring flexibility, rechargeability, high areal capacity, and low impedance. Using elastomeric composites, the current collectors, electrodes, and separators can be fabricated via a high-throughput, scalable, and layer-by-layer screen-printing process and vacuum-sealed in a stacked configuration. The batteries are customizable in sizes and capacities, with the highest obtained areal capacity of 54 mAh/cm2 for primary applications. Advanced X-ray tomography, impedance spectroscopy, and rigorous deformation tests were used to characterize the battery. The batteries were used to power a flexible E-ink display system that requires a high-current drain and exhibited superior performance compared to commercial lithium coin cells under the same pulsed-discharge conditions. The developed battery presents a practical solution for powering a wide range of electronics and holds major implications for the future development of high-performance flexible batteries.
