可伸缩的 "果冻 "电池可改变可穿戴设备和大脑植入装置

中国和英国的研究人员展示了两种即使被拉伸也能提供电力的柔性电池方法。

两个研究小组独立开发出了可拉伸和变形而不丧失功能的柔性电池，这可能会给可穿戴技术和生物医学植入物的电源带来革命性的变化。

中国南京大学的一个研究小组研制出了一种锂离子电池，其拉伸长度可达原长的 5000%。研究人员说，这开辟了 "开发可拉伸储能设备的新途径"。

据美国化学学会的一份报告称，可穿戴或植入式设备需要柔性电源，而之前的方法依赖于编织物或类似 "折纸 "的折叠组件。

报告指出："对于真正可塑的电池来说，每个部件--收集电荷的电极和电荷平衡的中间电解质层--都必须具有弹性，"报告还补充说，使用流体也存在挑战。因此，研究小组开发了一种特殊的聚合物。

研究小组在对实验的简要总结中解释说，他们使用乙二醇、丙烯酸甲酯和纳米银线等材料制造出了可以转移到柔性基底上的电极。他们还合成了一种优异的可拉伸聚合物电解质来制造电池，这种电池表现出优异的机械性能和电化学性能。

"研究人员指出："由于具有很高的电子导电性，该电极可以在初始和100%应变状态下点亮LED。研究小组分享了一张由电池供电的发光二极管在拉伸前后都保持发光的图片。

虽然前景看好，但南京大学的原型产品目前能在大约70个完整充电周期内保持健康，明显少于标准锂电池在性能开始下降前通常需要的300-500个周期。

"报告总结说："虽然还有待改进，但这种制造完全可拉伸固体电池的新方法，对于可随身体弯曲和移动的可穿戴或植入式设备来说，可能是一个很有前途的进步。

与此同时，英国剑桥大学的研究人员发表了他们自己的柔性电源研究成果，并将其称为 "果冻电池"。这种方法受到了电鳗的启发，模仿了它们的电细胞--能够导电的有机柔性组织--的分层结构。

"第一作者斯蒂芬-奥尼尔（Stephen O'Neill）在一份新闻稿中说："设计一种既能高度伸展又能高度导电的材料非常困难，因为这两种特性通常是相互矛盾的。

剑桥团队的电池利用了水凝胶（含水量超过 60% 的聚合物三维网络）。这些结构还可以拉伸并恢复原状，而不会丧失功能。

"该项目研究论文写道："在这里，我们合成了超分子聚阴离子网络，它们显示出高拉伸性（>1500%）、可压缩性（>90%）和快速自我恢复能力。

果冻电池的电池层由于化合物分子形成的可逆键而牢固地粘附在一起。

"论文解释说："超分子交联使分层试样在界面断裂前可以拉长10倍以上。

团队负责人奥伦-舍曼（Oren Scherman）是梅尔维尔聚合物合成实验室（Melville Laboratory for Polymer Synthesis）的教授兼主任，他与奥尼尔和该校工程系的乔治-马利亚拉斯（George Malliaras）教授合作完成了这项研究。

"我们可以定制水凝胶的机械性能，使其与人体组织相匹配，"Scherman 在新闻稿中说。"由于它们不含金属等刚性成分，水凝胶植入物被人体排斥或导致疤痕组织堆积的可能性要小得多。

剑桥大学团队认为，他们的果冻电池还可以植入大脑，以输送药物或治疗癫痫等疾病。除了柔韧性之外，水凝胶还表现出非凡的韧性，能够承受挤压而不会永久变形，并且在受损时能够自我修复。

开发这些技术是全球的当务之急。世界经济论坛将柔性电池列为 2023 年 "十大新兴技术 "之一。这些进步有望拓展可穿戴设备、物联网应用、柔性智能手机和脑机接口（BCI）等领域的可能性。

编辑：Ryan Ozawa

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