耶魯大學(xué)的研究人員近日宣布了一項(xiàng)電池技術(shù)的革新成果，他們成功研發(fā)出一種獨(dú)特的“多孔”電池。這款電池不僅極大地提升了柔韌度，還具備出色的透氣性，預(yù)示著鋰電池或?qū)⒂瓉碓诳纱┐麟娮釉O(shè)備領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究成果已在知名期刊《Matter》上發(fā)表。
在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，傳統(tǒng)電池因其剛性和不透氣性而受到諸多限制，特別是在需要頻繁活動的場景中。研究團(tuán)隊(duì)在論文中明確指出，這些問題一直是可穿戴電子設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵阻礙。而耶魯大學(xué)團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的新型“多孔”電池，通過一種簡潔有效的方法，成功突破了這些限制。
該團(tuán)隊(duì)采用了一種柔性鋰離子電池袋，并在其表面精心切割了一系列矩形孔洞，這些孔洞以水平和垂直方向交錯(cuò)排列。電池本身由一種扁平且具有一定彎曲度的復(fù)合材料制成，其制造過程相對簡單，且沿用了傳統(tǒng)的電極材料和熱壓耗材。團(tuán)隊(duì)成員Lin Xu解釋道，這種設(shè)計(jì)尤其適用于需要兼顧舒適性和可靠性的應(yīng)用場景，如健身追蹤的智能服裝和醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備等。
通過在電池袋上添加孔洞，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)電池在保持大部分電量的同時(shí)，展現(xiàn)出了極高的柔韌性。設(shè)計(jì)模擬顯示，這種電池能夠承受180度的拉伸或折疊而不會損壞。然而，Lin Xu也指出，如何在保持機(jī)械拉伸性的同時(shí)確保足夠的活性材料以維持電池的能量密度，是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。他們必須在機(jī)械性能和電性能之間找到最佳的平衡點(diǎn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)電池被拉伸10%或折疊時(shí)，它能夠抵抗物理應(yīng)力并持續(xù)為LED燈泡供電。團(tuán)隊(duì)通過多次拉伸和折疊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一點(diǎn)，電池在超過100次的測試中均表現(xiàn)良好。研究團(tuán)隊(duì)特別指出，這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高面積能量密度，單層電池袋的能量密度高達(dá)7.2 mW h/cm2，而使用雙層電極時(shí)則可擴(kuò)展至14.4 mW h/cm2。
新型“多孔”電池在抗溫度波動和濕度變化方面也表現(xiàn)出色，其透氣性大約是棉織物的兩倍。為了進(jìn)一步驗(yàn)證電池的性能，研究團(tuán)隊(duì)將其編織到實(shí)驗(yàn)服中，并評估了用戶在跑步等輕度運(yùn)動時(shí)的表現(xiàn)。結(jié)果顯示，電池的設(shè)計(jì)不僅顯著提高了散熱能力，還有效防止了汗液在設(shè)備下的積聚。
盡管取得了顯著的成果，但研究團(tuán)隊(duì)表示，這種電池仍需進(jìn)行更多的耐久性測試。他們計(jì)劃在商用健康監(jiān)測設(shè)備和運(yùn)動裝備中進(jìn)一步測試其性能，以確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還在積極探索如何擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，自動化制造過程中必須確?？锥吹木珳?zhǔn)定位和密封，以避免電池袋泄漏或短路的問題。
