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以蛇鳞为灵感,科学家研发可任意拉长、伸缩锂离子电池方案

2024-11-02 224


蛇虽然没有四肢,但归功于身上的鳞片、非常有弹性的软软皮肤与特殊骨骼结构,这并不妨碍它们爬行与攀爬,韩国科学家就以蛇类神奇的蛇鳞为发想,研发出可以像蛇一样伸展、弯曲的电池解决方案,适用在各种软性机器人(soft robot)或穿戴式设备。

蛇类表皮覆盖着平滑坚硬的鳞片,无四肢但可透过腹鳞与肌肉的缩放来移动全身,进行前行与攀爬各种动作;蛇的皮肤也非常有弹性,软软松弛的皮肤让蛇能吞下比自己直径还要宽的食物,这种奇妙生物便被韩国机械与材料研究院(Korea Institute of Machinery and Materials,KIMM)相中。

团队透过模仿蛇鳞结构,希望能研发出创新电池设计,助穿戴式设备和机器人一臂之力,提供可任意拉长伸缩的电池解决方案。

(Source:KIMM)

为实现这一目标,科学家们使用小型六角形的锂离子电池做为“鳞片”,并用聚合物和铜材料相连电池,基本上这些连接材料也视为蛇每片鳞片中间的软软皮肤,用来稳定拉伸与变形,为了提高电池容量,KIMM 团队也最佳化每片电池的六角形形状。

▲ 电池虽然比想像中大,但可以装在人身上,还能随着动作伸缩。(Source:KIMM)

团队测试也符合期待,即使弯曲变形,拉伸比达 90% 情况下,新型锂离子电池也能维持性能,超过 36,000 次循环,除此之外,这种也是容易实现规模制造的电池设计,可以透过切割和折叠可挠电极来制造电池。

未来这些电池有机会应用在穿戴式设备、救灾用软机器人又或是复健用医疗设备,通常这些电子设备灵活度要求高,需要较为柔软与可挠的电池,团队将在持续最佳化电池同时,改进设计并提高电池储电量。

  • KIMM develops a flexible, stretchable battery capable of moving smoothly like snake scales
  • Scale-inspired battery stretches and bends like a snake

(首图为示意图,雨伞节背中线鳞片呈六角形,来源:Flickr/LiCheng Shih CC BY 2.0)

2021-10-01 23:13:00

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