智能手机、游戏机、扫地机器人等电子设备都配备了可充电的锂离子电池,但传统锂离子电池存在体积大、易燃等问题。加州大学伯克利分校的研究团队开发出一种新型锂离子电池,不仅可以承受拉伸和扭曲,还可以自我修复,为可穿戴电子设备的发展带来了新的可能性。
过去的研究已经开发出一些使用水凝胶电解质的伸缩性电池。水凝胶电解质对湿气具有很强的抵抗力,即使不使用坚硬的材料也可以密封,因此具有伸缩性。然而,到目前为止,开发的水凝胶电解质锂离子电池大多只能在相对较低的电压下稳定工作,有些还依赖有毒且昂贵的氟化物。
这次,加州大学伯克利分校的李伟林等人设计了一种不含氟化物锂盐的低水分水凝胶电解质,并开发了一种具有高伸缩性和离子导电性的水性水凝胶锂离子电池。这种新型电池不仅可以承受拉伸和扭曲,还可以通过可逆的氢键进行自我修复,即使被针刺或被剃刀切成两半,也能继续为设备供电。
新型锂离子电池已被证明可以稳定地供电至3.11V,相较于以前的水凝胶电池只能稳定到1.23V,这是一个很大的进步。此外,即使在一个月内重复充放电500次,它也能稳定运行,并能释放所接收电荷的平均95%。
研究团队成员安朱·图尔表示:“通过将我们的电池集成到智能手表的表带中,我们可以使手表的电池容量增加一倍,并且可能只需每周充电一次,甚至更少。”
研究团队表示,这次开发的电池的能量密度仅为市售锂离子电池的约十分之一,但预计未来能量密度将进一步提高。“我们使用的许多材料是传统锂离子电池所没有的。我们通过从失败的测试中吸取教训并不断改进来克服了这些挑战。”
这项研究为可穿戴电子设备的发展带来了新的可能性。未来,随着能量密度的提高,这种新型电池有望在更多领域得到应用。