科學(xué)家開(kāi)發(fā)出3D打印柔性“可拉伸”電池，500次充放電后依舊維持性能

2025年4月17日，南極熊獲悉，瑞典研究人員研發(fā)出一種可塑性電池，其稠度與牙膏相似，可塑成各種形狀。這種新型電池由林雪平大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)，采用導(dǎo)電塑料和木質(zhì)素（造紙過(guò)程中產(chǎn)生的可持續(xù)副產(chǎn)品）。這項(xiàng)研發(fā)解決了以往可拉伸電池的局限性，即隨著容量增加，電池會(huì)變得更加堅(jiān)硬。

相關(guān)研究以題為“Make it flow from solid toliquid: Redox-active electrofluids for intrinsically stretchable batteries”的論文發(fā)表在《Science Advances》雜志上。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr9010

此前，制造可拉伸電池的嘗試主要基于開(kāi)發(fā)可拉伸的橡膠復(fù)合材料或可相互滑動(dòng)的連接件。然而，在大多數(shù)情況下，擁有更多活性材料的大型電池意味著更厚的電極，從而導(dǎo)致更高的剛性。

林雪平大學(xué)的研究人員著手解決這個(gè)問(wèn)題，并提出了一個(gè)新穎的解決方案?？茖W(xué)家們以導(dǎo)電塑料和木質(zhì)素（造紙過(guò)程中產(chǎn)生的可持續(xù)副產(chǎn)品）為基礎(chǔ)，研制出了可塑性電池。

這項(xiàng)研究的合著者艾曼·拉赫馬努丁（Aiman Rahmanudin）說(shuō)道：“現(xiàn)在，我們解決了這個(gè)問(wèn)題，并且首次證明了容量與剛度無(wú)關(guān)?！边@種材料的糊狀結(jié)構(gòu)使其能夠用于3D打印機(jī)，從而創(chuàng)建定制的電池形狀，并有可能在可穿戴設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備和機(jī)器人領(lǐng)域實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用。

△不同機(jī)械變形下不同液體拓?fù)涞拇硇詧D像

到目前為止，可拉伸電池一直依賴(lài)于稀有且對(duì)環(huán)境有害的材料來(lái)發(fā)揮作用。與現(xiàn)有電池方案相比，新型電池配方具有可持續(xù)性?xún)?yōu)勢(shì)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的博士后研究員Mohsen Mohammadi解釋說(shuō)：“由于電池材料是共軛聚合物和木質(zhì)素，原材料非常豐富?！?/div>

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的原型電池已展示出良好的耐用性，在500次充放電循環(huán)后仍能保持性能，即使長(zhǎng)度被拉伸至兩倍也能正常工作。

盡管取得了這些進(jìn)展，但新型電池技術(shù)在實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用之前仍面臨諸多限制。目前的原型電池僅能儲(chǔ)存1伏電壓，不到標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)電池電壓的8%。不過(guò)，研究人員建議，加入鋅或錳等常見(jiàn)金屬，可以在保持電池柔韌性的同時(shí)提高電壓。

研究強(qiáng)調(diào)：“由于流體具有高度可變形的特性，可以實(shí)現(xiàn)不受形狀因素影響的電池配置，非常適合集成到下一代可穿戴設(shè)備中。”這種設(shè)計(jì)靈活性代表著電池技術(shù)在緊湊型設(shè)備和傳統(tǒng)剛性電池存在局限性的應(yīng)用方面邁出了顯著的一步。