北京
一種新型濕氣驅動電池可拉伸、能為可穿戴設備供電，并在遭到篡改時可銷毀電子設備。
萊斯大學和北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種可拉伸電池，它從空氣中吸收水分來發電，無需傳統的液體電解質，就能為可穿戴設備和物聯網設備供電。
這種濕氣激活電池采用鎂陽極、銀/氯化銀陰極，以及浸漬有氯化鋰鹽的纖維素膜。薄膜從周圍空氣中吸收水分，溶解鹽分形成電解質，從而使電池產生電流。
由于電池在密封包裝內保持非活性狀態，因此可以長時間儲存后再使用。研究人員表示，該設計還去除了傳統電池中常見的有毒且易燃的電解質。
研究團隊證明，這種電池即使在低濕度環境中也能工作，因此適用于從可穿戴健康監測器、微型機器人到遠程傳感器等一系列應用場景。
由濕氣驅動
“我們的電池消除了有毒且易燃的電解質，因為它本質上是用鹽水運行的，”北卡羅來納州立大學電氣與計算機工程助理教授、論文共同通訊作者阿邁·班多德卡說。“而且，由于它只有在暴露于環境空氣時才會被激活，因此在密封包裝內一直保持非活性狀態，從而擁有更長的保質期。”
與許多依賴蛇形電連接的可拉伸電池不同，這種新設計從穿山甲身上獲得靈感。電池采用重疊的鱗片狀結構，最大限度地減少了拉伸時產生的空隙，有助于在彎曲、扭曲或拉伸時保持能量密度。
“力學在使這些電池既具有可拉伸性又實用方面發揮著核心作用，”萊斯大學機械工程助理教授、論文共同通訊作者勞德爾·阿維拉說。“我們的建模揭示了仿生堆疊和可拉伸互連器如何在整個電池中重新分布變形，在彎曲、扭曲和拉伸下保持性能，同時最大限度地減少通常會降低能量密度的空隙。”
研究人員使用該電池為一個無線藍牙血氧儀供電長達30小時，性能與類似設備中使用的傳統電池相當。
內置自毀功能
除了供電之外，研究人員還集成了一種濕氣觸發的“自毀開關”，用于在設備遭到篡改時銷毀電子設備。
該機制將干燥的鋁粉和碘粉混合物儲存在一個密封隔間內。如果有人試圖打開或移除設備，隔間就會被破壞，使收集到的濕氣接觸到這些化學物質。由此產生的反應會釋放出足夠的熱量，將設備吞沒在火焰中并銷毀其電子器件。
作為概念驗證，研究人員將該系統集成到一個無線氣體傳感器中。整個設備，包括其嵌入的CMOS電子器件，在激活后三分鐘內便被銷毀。
“這種電池遠不止是學術上的概念驗證；它是一種實用能源，能夠為日常物聯網和醫療設備供電，”北卡羅來納州立大學電氣與計算機工程助理教授、論文共同通訊作者亞伯拉罕·巴斯克斯-瓜爾達多說。“這樣的性能水平證明，該電池技術已準備好為全新一代電子設備和應用供電。”
研究人員還指出，這種電池重量輕、具有生物相容性、可生物降解，并且采用無毒材料設計，使其成為柔性電子設備和一次性醫療器械中鋰離子電池的潛在替代品。
該研究發表在《科學進展》期刊上。
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