中國的研究人員設計了可彎曲的電池,可以使用普通的生理鹽水溶液和細胞培養液。作者於8月10日在“化學”期刊上發表了他們的研究成果,著重介紹了智能手錶等可穿戴電子設備的機械壓力要求和植入式電子設備的安全要求。
彎曲電池
共同資深作者王永剛,復旦大學化學教授,能源材料化學協作創新中心說:“目前用於醫療植入物的鋰離子電池的電池一般都是剛性的。 “此外,大多數報導的柔性電池都是基於易燃有機或腐蝕性電解質,這些電解質具有安全隱患,可穿戴設備的生物相容性差,更不用說植入式電池了。”

可穿戴和植入式電池的安全措施通常涉及結構強化,以防止有害化學物質洩漏。相反,由王和高分子科學教授彭惠生教授領導的研究人員將這些有毒易燃液體換成廉價和環保的鈉離子溶液。在這些解決方案中,有兩種適用於植入式設備的生物相容性材料,因為它們不會對身體的表面或內部造成傷害。雖然電解質洩漏仍然是不希望的,但是通過使用在大多數IV處理中泵入體內的生理鹽水溶液或除了鈉離子之外還含有氨基酸,糖和維生素的細胞培養基,其危險降至最低模擬人體細胞周圍的液體。

從洩漏問題中解脫出來,可能需要這麼多的保護材料,以至於電池變得龐大笨重,研究人員設計了兩種類型的彎曲電池 - 一種2D“帶狀”電池,它們將薄的電極薄膜粘附到鋼絲網以及在碳納米管骨架周圍嵌入電極材料的納米顆粒的1D纖維形電池。除了測試生物相容性液體外,作者還測試了普通硫酸鈉(一種安全且相當惰性的溶液)作為適用於外部可穿戴設備的液體電解質。

以硫酸鈉溶液作為電解質,兩種電池類型在電量保持能力(指示電池無需再充電多久能夠工作的指標)和其尺寸的功率輸出方面優於大多數報告的可穿戴鋰離子電池。當作者折疊和彎曲電池以模仿手臂周圍包裹傳感器,手錶或類似設備的影響時,這種表現就會停滯不前。生理鹽水和細胞培養電池的充電容量僅略有下降,很可能是因為它們的鈉離子含量比硫酸鈉溶液略低。

涉及纖維形電池的不希望的副反應甚至將研究人員指向可能的生物醫學應用。構成一維電池骨架的相同碳納米管也可以加速溶解氧向氫氧根離子的轉化,這個過程在不受控制的情況下會損害電池效率,但是作為一個獨立的過程擁有治療癌症和細菌感染的治療潛力

Wang說:“我們可以將這些纖維狀電極植入人體內,以消耗必需的氧氣,特別是在難以注射藥物的地方。” “脫氧作用甚至可能消滅癌細胞或致病菌,因為它們對生活環境pH值的變化非常敏感,當然這是假設,但我們希望能夠與生物學家和醫學科學家進一步研究。