「结构电池」新突破丨未来电池或像「脂肪」一样遍布全车?
[发布时间]:2020年12月31日
[来源]:雷锋网
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【导读】: 过去一段时间,关于结构电池的讨论及研究正风生水起。 今年九月底的特斯拉“电池日”上,Elon Musk 就曾许下承诺:除了无钴阳极和纯镍阴极等高能技术外,他们还会将电池变成车架,在提升车辆强度的...
微电子领域先爆发?
对于以上观点,西北太平洋国家实验室电池与材料系统组首席科学家兼主管肖杰表示赞同,“结构电池在微电子领域的应用是极具前景及常被忽视的。”
“结构电池对微电子设备非常有帮助,因为后者体积有限。”肖杰说道,虽然可以将传统电池生产到黄豆大小,但这些电池在微电子领域仍然体积过大,而结构电池所占的空间不会超过设备本身。
在西北太平洋国家实验室,肖杰和她的同事们研究了微型电池设计的一些基本问题,比如当结构电池弯曲或扭曲时,如何保持电极之间的对齐。
“从设计的角度出发,你的正极和负极相对立是非常重要的,”肖杰解释道。“所以即使我们可以利用空隙,如果这些电极不对齐,它们也不会参与化学反应,这就限制了不规则形状结构电池的设计。”
肖杰和她的团队已经为微型结构电池进行了一些小众的科学应用,比如鲑鱼和蝙蝠的注射式追踪标签。但她说,这些技术要想在假肢、电子皮肤等新兴技术中找到主流应用还需要一段时间。
与此同时,结构电池可能还是高能耗机器人的福音。在密歇根大学安阿伯校园的实验室里,化学家 Nicholas Kotov 就与研究生一起开发了不少小型仿生机器人。
“生物体将能量储存分布在整个身体中,以便它们发挥双重或三重功能,”Kotov 说道。“脂肪是一个很好的例子,它存储了大量能量。但问题是:我们如何复制它?”
该团队的目标是创造出能模仿动物的仿生机器,因此他们需要一个能与机器人骨骼整合的动力源,就像脂肪和肌肉对人类一样。
他们最新的一些作品包括机器蝎子、蜘蛛、蚂蚁和在地板上溜达的毛毛虫,所有这些机器人都是由一个独特的结构电池提供动力,与它们的运动部件集成在一起。
电池像一个银色外壳一样安置在机器人背面,它既能给机器人机械内脏供电,又能保护机器人的机械内脏。这是从自然界中汲取灵感,以改进那些非自然的东西。
与 Asp 和 Greenhalgh 正在开发的碳纤维和锂离子隔板不同,Kotov 和他的学生为他们的仿生机器人创造了一种“锌-空气”结构电池。
这种电池化学成分让它比传统锂电池储能更多。它由锌阳极、碳布阴极和由聚合物纳米纤维制成的半刚性电解质组成,这种半刚性电解质是由纳米工程模拟软骨制成的,而电池中的能量载体是空气中的氧气与锌相互作用时产生的氢氧离子。
车辆用的结构电池具有很高的刚性,而 Kotov 团队开发的电池则是要足够柔韧,以配合机器人的动作。
它们的能量密度也非常大,正如 Kotov 和他的团队今年早些时候发表的一篇论文所述,新的结构电池能量是相同体积的传统锂电池的 72 倍。目前,他们的电池被用来为机器人玩具和小型无人机供电,但主要目的还是概念验证。
不过 Kotov 表示,预计在不久的将来,结构电池将被用于中型机器人以及大型无人机。
过去,电池一直是个附加物、限制因素,如今,它正在我们眼前逐步消失,融进我们电气化世界的架构中。
未来,一切都可能是电池,独立的储能设备将像固定电话或便携式CD机一样过时。
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