电池应用范围非常广泛,除了日常 3C 用品,也会在军中设备看到,而且军人还要时常背在身上。其中美国军人平均日携带 18 磅(约 8 公斤)的小型动力电池,这重量只比防护设备少 2 磅而已,如果可以把电池变成一种防护设备,让衣物设备兼具储能与防具功能,或许能大大提升行动灵活度。
目前美国橡树岭国家实验室(ORNL)的 Gabriel Veith 正进行相关实验,为了负重高、疲惫的军人制造防护性电池(protective battery)。
研究中的电池原型乍看之下只是常见的电池组,不过研究员加了一点料,在电池添入二氧化硅(silica),这些奈米粒子不会影响电池电解质流体性质与导电性,而当电池受到冲击,像是被子弹击中时,二氧化硅液态电解质会转变成固体,研究认为这可以阻止子弹击穿电池,进而保护军人。
这种电解质为非牛顿流体(non- Newtonian fluid)种类中的“剪切增稠流体”,在正常状态下保持液态与具有良好导电性,而受到冲击或受力时,会使液体结构改变,黏度、硬度与体积都会上升,可降低子弹射穿或是电池、电极变形危险。
Veith 和与团队已经证明这种方法适用小型电池,但还无法扩大范围使用,目前已有一些士兵穿戴新防护性电池设备。不过该电池防具也不是那么好康,如果子弹击中错误位置,也可能会发生电池泄漏或爆炸。
该系统也为因应美国军方要求,设计成可充式电池,遗留的毒物也比较少,假如这些电池未来越来越好用与安全,潜力无限,可说是将来防具潜力军。
研究缘由
美国国防部 201 8年 4 月在 SBIR / STTR 提出一系列研究要求,并在编号 AF182-051 主题中提到,战地空军虽然常用通讯与电子设备,但惯用电池 BA-5590 等在重量、形状与尺寸上皆不符合人体工学,因此他们希望能打造可装在背心、护甲中的轻薄电池。
不过电池变薄或变厚可能都会导致护甲兼容性问题,因此国防部想让电池兼具储能与防护效果,而他们发现先前的剪切增稠电解质研究报告,想借此减少军人的受伤概率。国防部也要求电池得是可充式的,理想重量能量密度可达 200Wh/kg,可用温度范围则在摄氏 -30 度到 60 度之间,也希望在所有湿度状态下都拥有足够性能。
根据 Futurism 报导,政府是美国最大的环境污染者之一,且通常把清理工作外包或是没有按照标准清理,处理方式通常就是放一把火全烧而已。美国国防部也意识到气候变迁是个国家安全问题,也许推动可重复利用、耐用的电池是个支持减缓环境与气候议题的解决方案。
- The Military Wants Bulletproof Batteries For Armor
- Ballistic-Resistant, Wearable Battery Based on Shear Thickening Electrolyte
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