1、研究背景
因具有轻、薄、灵活、可变形和可定制等特点，智能化可穿戴柔性电子设备（Flexible electronic devices，FEDs）和技术（如小型智能化柔性显示器、手机、腕表、电子皮肤、植入式医疗电子设备等）一经面世便备受关注，这给传统电子行业的发展带来了新的机遇和挑战。同时，随着FEDs的兴起，人们对能量存储和转换设备/系统（Energy storage and conversion devices/systems，ESCDs）的续航能力和柔性化也提出了更苛刻的要求。尽管目前对柔性金属离子/硫电池、柔性超级电容器及柔性太阳能电池的研究已经相对较为成熟，但高昂的价格、潜在的安全问题、较小的能量密度和间歇性是其在FEDs领域实现大规模商业化的主要障碍。为了提高FEDs的使用寿命和安全性，ESCDs必须具备更高的能量密度和更可靠的充放电特性。因此，具有高理论能量密度、成本优势、安全环保和较强形变适应性的柔性金属空气电池（MABs）被认为是柔性可穿戴FEDs的最佳候选ESCDs之一。
生物质材料因其可再生、廉价、易获取、有着丰富可调的天然离子传输通道和杂原子等特点，为开发廉价、高效的电池材料提供了极大的可能性。近年来，华南理工大学彭新文教授团队依托制浆造纸工程国家重点实验室开展了多项关于生物质用于金属-空气电池关键材料的研究工作。他们通过巧妙利用生物质层次化的体相结构，将生物质炭化使其在新的应用场景下发挥新功能。在前期的研究工作中，他们基于制浆造纸工业原料预处理工艺发展了一系列生物质功能炭的“刚柔相济”电极全新制备方法，实现了具有良好机械性能的体相刚性生物质基非金属催化剂电极（Adv. Mater., 2019, 31, 1900341）、生物质基金属单原子催化剂电极（Adv. Mater., 2021, 33, 2101382; ACS Energy Lett., 2021, 6, 3624）和生物质基柔性自支撑电极（Adv. Mater., 2020, 32, 2002292）的大规模制备，并将其应用于可充式（准）固态/柔性金属-空电池的空气阴极。
2、文章简介
基于前期研究工作的基础，彭新文教授近期受邀在SmartMat期刊上发表了题为“Flexible metal-air batteries: An overview”的述评文章。该文章总结对比了不同类型柔性MABs在发展过程中所面临的一些机遇和挑战，分析概括了不同柔性功能组件及结构对柔性MABs性能的影响，重点关注和讨论了柔性空气电极及柔性电解质对柔性MABs的作用及限制，并对柔性MABs未来研究方向进行了展望。
之后，他们在SmartMat期刊发表了题为“Recent progress and future perspectives of flexible metal-air batteries”的综述文章（封底论文），该综述总结了柔性MABs的电池模型结构、电极设计和凝胶聚合物电解质（GPEs）方面的最新研究进展，并总结分析了几类常用空气电极的制备方法。围绕下一代柔性MABs的关键技术障碍，展望了生物质功能材料在柔性MABs领域的下一步的研究方向。以及将不同的先进原位表征技术与理论计算、多尺度建模和数值模拟结合起来，更好地揭示柔性MABs在实际工况下的内部形态演变、反应机理、限速步骤和失活机制，为改进柔性MABs的材料设计和优化电池配置提供新思路。本文第一作者为博士生李庭震，通讯作者为彭新文教授与陆俊研究员。
3、图文导读
图1 近年来关于柔性MABs研究的时间简轴。
图2 （A）根据Web of Science统计的不同柔性MABs的出版物数量和占比。（B）不同二次电池的理论重量能量密度、体积能量密度和放电电压对比。
图3 （A）水系和（B）非水系柔性MABs的结构和工作原理示意图。其中MmOn代表电池放电过程中金属负极的主要产物（在水性系统中M = Mg、Al、Fe、Zn；在非质子系统中M = Li、Na、K；m, n = 2 或3）。
图4 几种常见类型的柔性MABs配置示意图，包括（A）三明治型、（B）可编织电缆型、（C）共面型、（D）集成型。
图5 几种常见的柔性空气阴极制备方法示意图，包括（A）滴涂法、（B）喷涂法、（C）滚压法、（D）退火&掺杂法、（E）溶剂热法、（F）气相沉积法、（G）液相沉积法、（H）静电纺丝法。