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质地像牙膏软电池问世

从手机到智能手表和笔记型电脑,我们的生活被各种电池驱动的设备所包围。目前,电池通常是电子设备中坚硬且体积较大的部件,但如果它们能够变得可塑、柔软,甚至可以列印出来,那将如何改变我们的生活?

质地像牙膏软电池问世

瑞典的研究人员将这一设想付诸实践,开发出了一种可塑形的流体电池。《科学》杂志近日发表的一项研究详细介绍了这种电池。该电池使用液态形式的电极(电池中的关键导电材料)。这种创新的柔软结构为未来电池驱动技术的设计开辟了新的道路。

“电池是所有电子设备中最大的部件。目前它们是固体且相当笨重的。但有了柔软且可贴合的电池,就不存在设计限制了。它可以以一种完全不同的方式集成到电子产品中,并适应使用者的需求。”该研究的共同作者、林雪平大学有机电子实验室软电子研究小组的研究负责人艾曼‧拉赫曼努丁在大学声明中表示,“这种电池的质地有点像牙膏,这种材料甚至可以用在3D印表机中,按照你的意愿塑造电池。”

以往尝试制造柔软、可拉伸的电池,要么依赖于滑动连接等机械特性,要么需要使用对环境有害的稀有材料来加工。而拉赫曼努丁及其同事取得成功的关键在于将电极转化为液态形式。

要理解这一成果的重要性,我们需要了解电池的工作原理。简单来说,电化学电池由两种不同的金属或电极组成:阳极和阴极。化学反应导致电子从阳极流向阴极,这个过程就是我们所说的电流,它在移动过程中可以做功,比如点亮灯泡或驱动设备。一般来说,电池越大,其电容量越大,但电极也会更厚,因此也更硬。

“我们是第一个证明容量与刚性无关的人。”拉赫曼努丁说。此前开发流体电极的尝试依赖于有时会固化的液态金属。为了绕过这些问题,研究团队使用了能够导电的塑料--共轭聚合物以及造纸过程中产生的废料木质素。结果表明,这种电池即使被拉伸到原来长度的两倍,也可以充电超过500次。

此外,“由于电池中的材料是共轭聚合物和木质素,这些原材料非常丰富。通过将木质素这种副产品重新利用为高价值商品,比如电池材料,我们为更循环的经济模式做出了贡献。因此,这是一种可持续的替代方案。”该研究的主要作者、林雪平大学有机电子实验室的博士后研究员莫森‧穆罕默迪表示。展望未来,研究团队希望提高电池的电压。

“我们已经证明了这个概念是可行的,但性能还需要改进。目前的电压是0.9伏。”拉赫曼努丁解释道。相比之下,标准的AA电池电压在1.2伏到1.5伏之间,而大多数智能手机的运行电压在3.7伏到4.2伏之间。“所以现在我们将研究使用其他化学物质来提高电压。”

通过打破传统电池的固有模式,这项研究为电池驱动设备的设计开启了全新的可能性◆

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