近日，瑞典林雪平大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《科學(xué)進(jìn)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(jī)電子實(shí)驗(yàn)室軟電子研究小組的研究負(fù)責(zé)人艾曼·拉赫曼丁在接受本報(bào)記者采訪時(shí)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(jì)限制，從而為可穿戴設(shè)備開辟創(chuàng)新性應(yīng)用場(chǎng)景。
從智能手表、健康監(jiān)測(cè)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(jī)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(jì)和性能釋放。林雪平大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)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(jí)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(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致電極變厚變硬；采用液態(tài)金屬作為電極雖能實(shí)現(xiàn)形變，卻存在充放電過程中固化的風(fēng)險(xiǎn)，且僅能作為陽極使用。為解決這一難題，該研究團(tuán)隊(duì)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?！坝捎诹黧w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?！崩章≌f。
研究團(tuán)隊(duì)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?！巴ㄟ^將木質(zhì)素等副產(chǎn)品升級(jí)利用為電池材料等高附加值商品，我們?yōu)檠h(huán)經(jīng)濟(jì)模式貢獻(xiàn)了力量。”該研究的主要作者、林雪平大學(xué)有機(jī)電子實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)正將目光投向地殼中豐度更高的鋅、錳等金屬化合物。“鋅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(jì)電解質(zhì)配方并保持電極柔性?！崩章⊥嘎丁Ｅc此同時(shí)，如何實(shí)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(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)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(duì)于柔性電子的發(fā)展至關(guān)重要?！鼻迦A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(shí)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(shí)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(jī)器人等領(lǐng)域引發(fā)鏈?zhǔn)絼?chuàng)新，進(jìn)一步促進(jìn)人機(jī)深度融合?！?/p>
《人民日?qǐng)?bào)》( 2025年04月30日16版)
