“软骨可能是安全“结构电池”的关键”

密歇根大学的一位教授发现，你的膝盖和高端智能手机的电池有着惊人相似的诉求。 这个新的见解，使用软骨之类的材料，带来了电池非常耐用，容易成型的结构电池原型。

结构电池背后的想法是将能量储存在无人机的机翼和电动车辆的保险杠等结构部件上。 这些都是研究者和工业界的长期目标，因为它们可以减轻重量，扩大范围。 但迄今为止，结构电池一直很重，寿命短或不安全。

acs nano发表的研究中，论述了利用软骨之类的固体电解质制造耐损伤的可充电锌电池的方法。 他们表示电池将代替一些商用无人机的上部外壳。 原型电池以90%的容量工作100个循环以上，不会失去电压或起火，能够承受坚硬的冲击和刺伤。

电池也是结构部件，必须轻便、坚固、安全且高容量。 不幸的是，这些要求一般相互排斥。 joseph b .和florence v. cejka工程教授nicholas kotov说。 指导了这项研究。

利用软骨的特征

为了避免这些权衡，采用了锌——合法的结构材料——软骨胶原纤维这样的分支纳米纤维。

自然没有锌电池，但必须处理类似的问题。 科夫说。 软骨本来就是电池中离子输送材料的完美原型。 具有惊人的机械性能，与厚度相比，可以长期采用。 从固体电解质中分离阴极和电池中的阳极。

在我们的身体里，软骨结合了机械强度和耐久性，能够让水、营养素和其他物质通过。 它们的质量几乎和良好的固体电解质一样，后者需要抵抗枝晶的损伤，使离子从一个电极流向另一个电极。

枝晶是金属的卷须，贯通电极间的隔板，为电子建立快速通道，有可能使电路短路而引起火灾。 锌在几次充电/放电循环后短路，因此可再充电的电池被忽视了。

kotov团队制造的膜不仅可以在电极之间输送锌离子，还可以阻止锌刺入枝晶。 和软骨一样，膜是由超强的纳米纤维和更柔软的离子友好材料交织而成的。

在电池中，芳纶纳米纤维-防弹背心中的东西-胶原蛋白、聚环氧乙烷(链状碳系分子)和锌盐代替了软骨柔软的成分。

显示安全性和实用性[/s2/]

为了制造工作电池，小组将锌电极和氧化锰进行了配对。 这是标准的碱性电池组合。 但是，在二次电池中，软骨状膜代替了标准的隔膜和碱性电解质。 作为无人机的二次电池，锌电池可以将飞行时间延长5%到25%。 具体取决于电池尺寸、无人机质量和飞行条件。

由于该团队用刀刺伤了细胞，因此安全性对结构电池很重要。 尽管有多处伤痕，电池还是继续进行接近设计电压的放电。 这是可能的。 因为没有液体泄漏。

现在，锌电池不能像锂离子电池那样快速充电和放电，所以最好作为二次电源使用。 但是kotov的团队正在探索是否有更好的伙伴电极来提高锌充电电池的速度和寿命。

这项研究得到了空军科学研究室和国家科学基金会的支持。 克里斯托夫在化学工程系教书。 他也是材料科学与工程、高分子科学与工程的教授。

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