为可穿戴技术发明更安全更便宜更灵活的电池

研究人员为可穿戴设备开发出了一种更安全、更便宜、性能更好、更灵活的电池。6月3日，《纳米研究能源》杂志发表了一篇描述他们新电池“配方”的论文。

健身追踪器、智能手表、虚拟现实耳机，甚至智能服装和植入物。如今，可穿戴智能设备随处可见。但为了提高舒适度、可靠性和使用寿命，这些设备需要更高水平的灵活性，并使其储能机制小型化，而这些机制通常笨重、笨重且易碎。除此之外，任何改进都不能以牺牲安全性为代价。

因此，近年来，大量电池研究集中于开发“微型”柔性储能装置(MFESD)。人们探索了一系列不同的结构和电化学基础，其中，水性微型电池具有许多独特的优势。

水系电池——使用水基溶液作为电解质(允许离子在电池中传输并由此形成电路的介质)的电池并不是什么新鲜事物。这种电池自19世纪末就已存在。

然而，它们的能量密度(即电池单位体积所含的能量)太低，不适合用于电动汽车等产品，因为它们会占用太多空间。锂离子电池更适合此类用途。

同时，水系电池比锂离子电池更不易燃，因此更安全。它们也更便宜。由于这种更强大的安全性和低成本，水系电池越来越多地被视为MFESD的更好选择之一。这些被称为水系微型电池，或简称为AMB。

“遗憾的是，到目前为止，AMB还没有发挥出其潜力，”桂林理工大学广西光学电子材料与器件重点实验室的材料科学家、该团队的首席研究员之一柯牛说道。“为了能够用于可穿戴设备，AMB需要承受一定程度的真实弯曲和扭曲。但迄今为止探索的大多数材料在这种压力面前都失败了。”

为了克服这一问题，AMB中的任何裂缝或故障点都需要在承受这种压力后自我修复。不幸的是，迄今为止开发的自修复AMB往往依赖于金属化合物作为电池电路中的电荷载体。

这会产生不良副作用，即金属离子与电极(电池的正极和负极导体)所用材料之间发生强烈反应。这反过来会降低电池的反应速率(电池核心的电化学反应发生的速度)，从而严重限制性能。

“因此，我们开始研究非金属电荷载体的可能性，因为它们不会遭遇与电极相互作用的同样困难，”该团队的另一位主要成员、武汉华中科技大学物理学院和纳米表征与器件中心(CNCD)的研究员石俊杰补充道。