新发明:可清洗的柔性电池 更安全更便宜

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【加拿大都市网】编织在织物上的电子产品有望开辟各种有趣的可能性,从监测肌肉活动和跟踪呼吸的服装,到可以相互“交谈”的服装。开发柔韧的电源与电池跟织物一起使用是同样重要的研究领域,英属哥伦比亚大学的科学家提出了一个特别令人印象深刻的解决方案,他们说这可能是有史以来第一个既灵活又可清洗的电池。

过去几年,我们看到了各种为可穿戴动力设备的可伸缩储能解决方案,从像“创可贴”胶布一样在皮肤上伸展的毫米级电池,到从汗水中获取能量的织物状电池。现在,英属哥伦比亚大学的研究小组利用了一些工程上的改进,研发了可能是有史以来第一个既灵活又可清洗的电池。

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“可穿戴电子产品是一个巨大的市场,可伸缩电池对它们的发展至关重要,”研究作者Nguyen Nguyen博士说:“然而,到目前为止,可伸缩电池还不能清洗,未能符合日常生活使用上的要求。”

为了开发具有这些功能的电池,科学家们重新构想了这些设备的组装方式。该团队没有使用坚硬的外部材料来形成锂离子电池,而是转向了一种替代化学物质——锌和二氧化锰,这种化学物质既成本低而且安全,它们被磨成小块,并嵌入到聚合物中,形成超薄且可拉伸层,其中几个层堆积起来,并包裹在同一聚合物中,以密封成品。

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Nguyen说;“我们使用锌锰是因为对于佩戴在皮肤旁边的设备来说,它是一种比锂离子电池更安全的化学物质,而锂离子电池在破裂时会产生有毒化合物。”

由此硏发的电池具有灵活性,可以拉伸到正常长度的两倍,具有160 mAh g-1的特定容量,并在500次充放电循环中保持75%的容量。令人印象深刻的是,研究小组发现,到目前为止,密封装置的性能表现很好,电池可以经受39次洗涤循环。

团队成员之一的Bahar Iranpour说,“我们在家用和商用洗衣机中进行了实际的洗衣循环。它们完好无损,功能齐全,这就是为什么我们知道这种电池是真正有弹性的。”

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该团队目前正在努力提高电池的输出功率和寿命,并表示这种发明已经吸引了商业兴趣,预计其成本将与标准的可充电电池类似。他们设想将其应用于测量生命体征的手表,以及类似功能的智能服装。

“所使用的材料成本低得令人难以置信,所以如果大量生产,成本会更低,”负责领导这项研究的电子和电脑工程教授约马登博士(Dr. John Madden)说:“可穿戴设备需要电源,通过创造一种柔软、可拉伸和可清洗的电池,我们让可穿戴电源变得舒适和方便。”

这项研究发表在《先进能源材料》(Advanced Energy)期刊上。

图片:Advanced Energy Materials

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