研究人员开发出突破性的基于可拉伸织物的锂离子电池原型

大多数人已经了解并欣赏智能手机的功能，现在想象一下智能宇航服、制服和运动服所提供的可能性。休斯敦大学研究人员团队设计、开发并交付了基于完全可拉伸织物的锂离子电池的成功原型，可穿戴技术的未来得到了巨大的推动。

锂离子电池这一前沿发展的想法来自夏威夷大学机械工程系 Bill D. Cook 教授Haleh Ardebili的想法。“作为一名科幻小说迷，我可以想象一个‘科幻小说式的未来’，我们的衣服是智能的、互动的和动力的，”她说。“创建可拉伸电池并将其与可拉伸设备和服装集成似乎是自然而然的下一步。想象一下折叠、弯曲或拉伸口袋里的笔记本电脑或手机。或者使用嵌入我们衣服中的交互式传感器来监测我们的健康状况。”

其中一些想法已经成为现实。然而，像所有电子产品一样，它们需要电力，这就是可拉伸和柔性电池的用武之地。下一代电子产品或嵌入织物的可穿戴技术发展的一个主要瓶颈是传统电池通常是刚性的，这限制了功能这些物品，并且它们使用液体电解质，这引起了安全问题。传统的有机液体电解质具有易燃性，在一定条件下可能导致电池着火甚至爆炸。

夏威夷大学研究团队取得突破的关键在于研究人员使用导电银织物作为平台和集电器。

“编织的银织物非常适合这种情况，因为它会机械变形或拉伸，但仍然提供电池电极正常运行所需的导电路径。电池电极必须允许电子和离子运动，”阿德比利说，他是《极限力学快报》上详细介绍这项研究的论文的通讯作者。该论文的第一作者是前博士生巴哈尔·莫拉迪·加迪 (Bahar Moradi Ghadi)，她的论文就是基于这项研究。

通过将刚性锂离子电池电极转变为可穿戴、基于织物、柔性和可拉伸的电极，该技术为可穿戴设备和植入式生物传感器提供稳定的性能和更安全的特性，从而开辟了令人兴奋的可能性。

一切是如何开始的

几年前，阿德比利提出了可伸缩电池的想法。

“我有兴趣了解与拉伸电化学电池及其组件相关的基础科学和机制，”她说。“这是科学和工程领域一个尚未探索的领域，也是一个值得研究的伟大领域。”

机械变形和电化学性能耦合效应的科学是一个重要领域，可拉伸电池为探索基本机制提供了很好的工具。

Ardebili 将她的想法转化为拨款提案，并赢得了多个重要奖项来支持她的工作，包括 2013 年国家科学基金会五年职业奖、2014 年 NASA 德克萨斯航天中心拨款联盟颁发的新研究员奖以及颁发的奖项陆军研究实验室 (ARL)，2017 年。

“虽然我们已经创建了原型，但我们仍在努力优化电池设计、材料和制造，”阿德比利说。

下一步是什么

Ardebili 乐观地认为，基于可拉伸织物的电池原型将为多种类型的应用铺平道路，例如智能太空服、嵌入服装中监测人们健康的消费电子产品以及与人类在各个层面互动的设备。安全、轻便、灵活和可拉伸的电池有许多可能的设计和应用，但在投放市场之前仍有一些工作要做。

“商业可行性取决于许多因素，例如扩大产品的可制造性、成本和其他因素，”她说。“在优化和增强可拉伸电池时，我们正在努力实现这些考虑因素和目标。”

无论弹性电池最终是为宇航服、运动服还是其他创新应用提供动力，Ardebili 希望它们可靠且安全。“我的目​​标是确保电池尽可能安全，”她说。

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