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3D新聞

世界最長可充電鋰離子電池誕生:長達(dá)140米,還能用來3D打印

星之球科技 來源:中國數(shù)字科技館2022-02-09 我要評論(0 )   

圖片來源:Pixabay可以像普通衣物一樣穿在身上,并且能自主供電的通訊裝置、傳感器和計(jì)算裝置越來越多。在這些設(shè)備中,它們的電池同樣也起到結(jié)構(gòu)部件的功能。在一項(xiàng)概念...


圖片來源:Pixabay


可以像普通衣物一樣穿在身上,并且能自主供電的通訊裝置、傳感器和計(jì)算裝置越來越多。在這些設(shè)備中,它們的電池同樣也起到結(jié)構(gòu)部件的功能。在一項(xiàng)概念驗(yàn)證試驗(yàn)中,研究團(tuán)隊(duì)制作出了長達(dá)140米、世界上最長的柔性纖維電池,以此證明這種材料可以被制作成任意的長度。這項(xiàng)研究發(fā)表在《今日材料》(Materials Today)期刊上。麻省理工學(xué)院(MIT)博士后Tural Khudiyev(現(xiàn)為新加坡國立大學(xué)助理教授)、前MIT博士后 Jung Tae Lee(現(xiàn)為韓國慶熙大學(xué)教授)和現(xiàn)任職于蘋果公司的MIT博士生 Benjamin Grena是該成果的主要作者。其他合著者還包括MIT教授Yoel Fink,Ju Li和John Joannopoulos等七位學(xué)者。



在此之前,包括這個科研團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的研究者們已經(jīng)研發(fā)出了許多種包含電子器件的纖維,包括LED、光學(xué)傳感器、通訊設(shè)備和數(shù)字化系統(tǒng)。這當(dāng)中有許多都是可紡織甚至可洗滌的,這使得它們可以用在可穿戴電子設(shè)備中。但是目前為止,這些設(shè)備都要依賴于外接電源來工作。現(xiàn)在,這種同樣可紡織且可洗滌的纖維電池能讓上述設(shè)備都具有自主供電的能力。



這種新型纖維電池使用先進(jìn)的電池凝膠和常見的纖維拉伸設(shè)備生產(chǎn)。首先將所有的材料組裝在一起制成一個大圓柱,然后將其加熱到接近熔點(diǎn)。接下來,這些材料會被拉伸穿過一個很細(xì)的出口,使得它可以被壓縮成很細(xì)的纖維,同時各種材料之間的排列方式不會發(fā)生變化。



Khudiyev表示,其他人在研發(fā)纖維電池時,總試圖讓最關(guān)鍵的材料處于纖維的外層。而他們開發(fā)的纖維將鋰離子和關(guān)鍵材料都包裹在里面,處于外層的保護(hù)之下。這不但穩(wěn)定,而且防水。這是世界上第一種亞千米長度的纖維電池,它不僅夠長,而且足夠耐用。



圖片來源:Pixabay



既然研究者可以制作出140米長的纖維電池,這也就意味著這種電池“不存在明顯的長度上限,我們完全可以把它延長到千米尺度,”Khudiyev說。他們還用這種纖維電池制作了一套驗(yàn)證設(shè)備,“Li-Fi”通訊系統(tǒng)(一種使用光脈沖傳輸數(shù)據(jù)的裝置)。它包含麥克風(fēng)、前置放大器、中繼器和二極管。通過這些設(shè)備,研究者在兩套纖維織成的設(shè)備之間構(gòu)成了光學(xué)數(shù)據(jù)連接。



“當(dāng)我們將活性材料嵌入纖維中時,也就這意味著敏感的電池組件具有了良好的密封性,”Khudiyev這樣說道,“所有的活性材料都被緊密整合在了一起,在拉伸過程中它們的位置不會發(fā)生變化。”除此之外,最后制造出的纖維電池比預(yù)想更薄,更柔軟,長寬比達(dá)到數(shù)百萬倍,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他設(shè)計(jì)方案。這使得它可以被常規(guī)的紡織設(shè)備加工,制造內(nèi)嵌了電池和其他電子系統(tǒng)的紡織物。



如他所說,這條140米長的纖維電池目前能儲存123毫安時的電能,可以為智能手表或手機(jī)充電。它的直徑只有幾百微米,比以往任何纖維電池都要細(xì)。



“我們這項(xiàng)方案的優(yōu)美之處在于,我們可以將多種設(shè)備嵌入進(jìn)一根纖維中,”Lee如是說,“這和其他需要聚合多種不同的纖維設(shè)備的技術(shù)都截然不同?!彼麄円呀?jīng)成功將 LED和鋰離子電池融合進(jìn)了一根纖維里,并且相信未來可以將三種甚至四種不同的設(shè)備都安置進(jìn)這一微小空間內(nèi)?!拔覀兛梢詫⒍喾N設(shè)備融合進(jìn)一根纖維內(nèi),這種整合結(jié)構(gòu)一定可以推動纖維計(jì)算機(jī)的發(fā)展。”



在獨(dú)立的一維纖維和它紡織而成的二維織物之外,這種材料也可以被3D打印成特定的形狀,比如能夠給設(shè)備供電的外殼。為了證明這種潛力,研究者用這種材料給一只玩具潛水艇制作了一個外殼,能給艇身供電。將能源嵌入到結(jié)構(gòu)部件中可以降低設(shè)備的整體重量,提高她的效率,擴(kuò)大使用范圍。



“自帶”電源外殼的玩具潛水艇。圖片來源:Courtesy of Tural Khudiyev, Jung Tae Lee, Benjamin Grena, Yoel Fink et al



“這是世界上第一款用纖維電池材料3D打印出來的設(shè)備,”Khudiyev 說道。如果你想要通過3D打印制作包含電池的裝置,目前為止這是唯一可以達(dá)成這個目標(biāo)的技術(shù)。“打印完成后,你不需要再加裝任何東西,因?yàn)樗械钠骷家呀?jīng)存在于纖維內(nèi)部了。這是首個一步到位的打印技術(shù)?!?/p>



這意味著如今 “運(yùn)算單元和Li-Fi可以被裝在任何日常物品內(nèi)?!痹撗芯繄F(tuán)隊(duì)已經(jīng)就這項(xiàng)技術(shù)申請了專利,并且著手繼續(xù)改進(jìn)它的容量和多樣性。Khudiyev表示,這款纖維電池在未來幾年內(nèi)就可以被用在產(chǎn)品上推向市場。


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