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        首塊柔性鋰電池誕生:不僅半透明而且可拉伸

        藍色泡沫 發表于 2013.3.4| 點擊數4289

        最近,終于有科學家制造出了第一塊柔性鋰電池,這種半透明的電池不僅可以拉伸到原來的三倍大小,還可以進行無線充電。

        柔性鋰電池在被拉伸到三倍大小之后仍然可以給紅色LED燈供電。圖片來源:Nature Communications

        日前,一篇關于可伸縮鋰離子電池的論文在線上期刊《自然通訊》(Nature Communications上發表, 這種新的柔性鋰電池讓微型可伸縮電子設備成為了可能。

        美國西北大學的黃永剛教授和美國伊利諾伊大學的約翰·羅杰斯(John A. Rogers)教授是論文的通訊作者,他們首次向世界展示了這種柔性鋰電池,并用來為他們所創造的具有革命意義的可伸縮電子設備充電。

        從下面這個視頻中我們可以看到,這種電池可以為LED燈持續供電,即使是拉伸、折疊、彎曲,甚至安裝在手肘上也能照常工作。這種電池可以連續工作8到9個小時,而且還可以進行無線充電。

        這種電池可以在任何地方使用,包括人體內部。這意味著我們可以將電子設備植入人體中,監控腦電波、心臟活動和其它任何事情,而這些,硬邦邦的傳統電池是無法完成的。

        “我們首先要在一個非常小的空間內并排放置很多電池元件,然后將它們用包裝緊密的波浪線相連。”黃永剛教授說道,“正是這些連線讓電池擁有了柔性。當我們拉伸電池時,這些波浪式的連線就會展開。這樣我們就可以大幅度拉伸設備,而電池也始終處于工作狀態。” 

        這種可伸縮電池的功率和電壓與相同大小的傳統鋰電池相似,但是前者可拉伸至原來的3倍大小,而且依舊能正常工作。

        黃教授在研究中負責理論、設計和建模部分。 羅杰斯教授則負責帶領團隊致力于可伸縮電池的實驗和制造。他們已經為了制造出可伸縮的電子設備一起工作了六年,在研究過程中,他們面對的主要挑戰就是怎樣實現電子設備的無線化——也就是擺脫插座的羈絆。現在,他們已經用“空間填充技術”解決了這個問題,制造出了體積小且高性能的電池,用來給電子設備供電。

        之前,黃教授和羅杰斯教授為了制造出可伸縮的電路,曾經想出一種“彈出式”技術,這種技術可以允許電路任意彎曲、伸展和扭轉。他們通過金屬線作為“彈出橋梁”創建了一個極小的電子元件陣列。當陣列伸展時,這些金屬線就會彈出。

        而這種“彈出式”技術雖然適用于電路,卻不適用于可伸縮的電池。在元件之間需要大量的空間來使得這種“彈出式”的連接得以工作。電路可以在陣列中放置的很松散,但是電池元件的排列必須足夠緊密,才能制造出性能足夠高且體積足夠小的電池,因此在電池元件之間是沒有足夠的空間使用這種“彈出式”技術的。

        圖片替換文字
        柔性電池中的電池元件和它們之間的連線。圖片來源:Nature Communications

        黃教授的解決方案是使用一種較長的波浪式金屬線,如上圖所示,將其填充在電池元件之間的微小空間內。其中有個獨特的機制叫“彈簧中的彈簧”:連接元件的金屬線呈“S”型,而在大“S”上還有很多小“S”。當電池被拉伸時,大“S”首先伸展開來然后消失,留下一系列小曲線。繼續拉伸時,小曲線也相繼消失,電極之間的連接開始繃緊。“我們管這個叫‘有序解體’。”黃教授說道,“這就是我們實現可伸展三倍大小的電池的關鍵。”

        這種拉伸過程是可逆的,而且這種柔性電池可以進行無線充電。電池的設計考慮到了可伸縮性感應線圈的集成,可以不需要物理連接而進行外部充電。而且他們的團隊發現,經過20次充電循環后,電池的容量幾乎沒有損失。

         

        文章編譯自:NWU Clever Battery Completes Stretchable Electronics Package

        作者:Megan Fellman

        轉自:http://www.guokr.com/article/436741/


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