近日，瑞典林雪平大學(xué)研究團隊在國際期刊《科學(xué)進展》上發(fā)表最新研究成果,，他們開發(fā)出一種創(chuàng)新的柔性電池(見圖,，托爾·巴爾克德攝，瑞典林雪平大學(xué)供圖)，將電池電極從傳統(tǒng)的固態(tài)轉(zhuǎn)化為流體形態(tài),。該研究的共同作者,、林雪平大學(xué)有機電子實驗室軟電子研究小組的研究負責(zé)人艾曼·拉赫曼丁在接受本報記者采訪時表示，柔軟且易成形的電池有望消除傳統(tǒng)剛性電池帶來的設(shè)計限制,，從而為可穿戴設(shè)備開辟創(chuàng)新性應(yīng)用場景,。
從智能手表、健康監(jiān)測貼片,，到植入式胰島素泵,、神經(jīng)接口，再到電子織物與軟體機器人,，隨著越來越多小型設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng),，體積過大且無法適應(yīng)復(fù)雜形變的傳統(tǒng)剛性電池在一定程度上約束著電子設(shè)備的形態(tài)設(shè)計和性能釋放。林雪平大學(xué)研究團隊研發(fā)的這種柔性流體電池質(zhì)地猶如牙膏,，在拉伸至兩倍長度,、充放電超過500次的條件下仍可保持性能，可根據(jù)需要通過3D打印塑造各種形態(tài),，有望為萬億級物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供能源解決方案,。拉赫曼丁舉例說，在電子織物或皮膚表面顯示器等柔性電子領(lǐng)域,，“牙膏電池”可被塑造成任意形狀,，被直接集成到衣物甚至人體中。
柔性電池的開發(fā)曾長期面臨“容量與柔性難以兼得”的矛盾：增加活性材料,、提升容量會導(dǎo)致電極變厚變硬,；采用液態(tài)金屬作為電極雖能實現(xiàn)形變，卻存在充放電過程中固化的風(fēng)險,，且僅能作為陽極使用,。為解決這一難題，該研究團隊將活性顆粒懸浮于電解質(zhì)中形成“流體電極”,，通過調(diào)控顆粒的化學(xué)特性使其成為陽極或陰極,。“由于流體只需微小外力即可形變,，我們能夠添加更多活性材料而不犧牲柔性,。”拉赫曼丁說,。
研究團隊還選擇導(dǎo)電塑料(共軛聚合物)和木質(zhì)素作為電池材料,。木質(zhì)素是制漿造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，全球每年產(chǎn)生超過5000萬噸,，此前多被直接排入江河或焚燒處理,，帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,。“通過將木質(zhì)素等副產(chǎn)品升級利用為電池材料等高附加值商品,，我們?yōu)檠h(huán)經(jīng)濟模式貢獻了力量,。”該研究的主要作者,、林雪平大學(xué)有機電子實驗室的博士后研究員莫森·穆罕默迪表示,。
目前該電池的性能并非完美，其電壓為0.9伏,，約為鋰電池(3.7伏)的1/4,。研究團隊正將目光投向地殼中豐度更高的鋅、錳等金屬化合物,?！颁\錳離子體系有望將電池電壓提升至1伏以上，它需要重新設(shè)計電解質(zhì)配方并保持電極柔性,?！崩章⊥嘎丁Ｅc此同時,，如何實現(xiàn)電池能量密度提升與規(guī)?；a(chǎn)也是需要解決的問題。研究團隊計劃進一步提高氧化還原活性物質(zhì)的濃度與容量,，開發(fā)出適用于大規(guī)模量產(chǎn)的工藝,。
“高容量、可拉伸的柔性電池對于柔性電子的發(fā)展至關(guān)重要,。”清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院副教授彭天鐸表示,，“這種使用木質(zhì)素作為活性材料的流體電池技術(shù)兼具實用性和生態(tài)友好特性,，不僅可以通過造紙工業(yè)廢棄物的高值轉(zhuǎn)化實現(xiàn)可持續(xù)供應(yīng)，更有望在智能醫(yī)療,、電子皮膚,、軟體機器人等領(lǐng)域引發(fā)鏈?zhǔn)絼?chuàng)新，進一步促進人機深度融合,?！?/p>
《人民日報》( 2025年04月30日16版)
