美國研制出可拉伸鋰離子電池

今年2月，美國西北大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)的科研人員首次展示了可拉伸的鋰離子電池，這種柔性器件能夠?yàn)閯?chuàng)新性電子設(shè)備提供動(dòng)力，真正實(shí)現(xiàn)電子裝置和電力來源的小型化、延伸性集成。

這款可拉伸電池的功率和電壓都與同尺寸的傳統(tǒng)鋰離子電池?zé)o異，但它的柔韌特性卻使其能夠拉伸至原有尺寸的3倍，而不影響自身的功能和運(yùn)行，并能在之后恢復(fù)至原有大小。科研人員展示了這種電池對商用發(fā)光二極管的電力供應(yīng)，即使當(dāng)其被折疊、延展、扭動(dòng)和安裝在人類臂肘上時(shí)，發(fā)光二極管也能保持運(yùn)轉(zhuǎn)。新型電池在需要充電前能夠不斷工作8小時(shí)至9小時(shí)，而充電過程也可通過無線進(jìn)行。可拉伸電子裝置能應(yīng)用在任何地方，甚至在人體內(nèi)也能使用，卻無需通過電源線連接到插座。植入式的電子設(shè)備能夠監(jiān)控人類的腦電波和心臟活動(dòng)等，并能在平直、剛性電池?zé)o法工作的區(qū)域正常發(fā)揮效力。

西北大學(xué)著重理論方面，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建模；伊利諾伊大學(xué)香檳分校則負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)部分和新型電池的制造。設(shè)計(jì)無線電力供應(yīng)可謂是研發(fā)過程中的一大挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，科學(xué)家通過聰明的“空間填充技術(shù)”制成了小型的高性能電池。以往他們通常會(huì)在構(gòu)建可拉伸電路時(shí)使用“彈出式”技術(shù)，以金屬絲作為橋梁將微小的電路元件連接起來形成陣列，當(dāng)陣列被拉伸時(shí)，金屬絲就會(huì)彈出、展開，使得柔性電路能夠自由彎曲、伸縮和扭動(dòng)。但有限的空間決定了電池組件間無法使用該技術(shù)，因此制造可伸縮電池需要另謀他路。為此，科學(xué)家利用金屬絲互連成較長的波形線，以填充電池組件之間的微小空間。與元件相連的線條呈大“S”形，其間還有眾多的小“S”形金屬絲，當(dāng)電池被拉伸時(shí)，大“S”會(huì)先被拉伸并消失，隨后小“S”也會(huì)隨拉伸消失，而100個(gè)并聯(lián)電極之間的連接也會(huì)變得更加緊密。這便是新型電池能伸展至自身尺寸3倍的關(guān)鍵所在。

研究人員稱，電池的拉伸過程是可逆的，且支持無線充電。此外，該電池的設(shè)計(jì)允許可伸縮有感線圈的集成，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)由外部電源進(jìn)行充電，但又無需物理連接。實(shí)驗(yàn)證明，可拉伸鋰離子電池能反復(fù)充電20次左右，基本不會(huì)對電池容量造成損害。