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Peisheng He, Jong Ha Park, et al.
一種新型鋰離子電池不僅能承受拉伸和扭曲，還能經受住針刺和被剃鬚刀切成兩半的考驗，然後自行修復，繼續為裝置供電。
可穿戴電子裝置、軟體機器人和其他裝置可以從柔軟、可拉伸的鋰離子電池中受益。然而，大多數商用鋰離子電池被密封在剛性包裝中，以防止會降低其效能的水分進入，並防止有毒和易燃的電解質洩漏。
此前的研究曾對使用水凝膠作為電解質的可拉伸電池進行過調查。透過使用水作為溶劑，這些水凝膠電池被證明比商用鋰離子電池更不易燃，對水分也不那麼敏感。然而，之前的裝置存在一些侷限性。一些電池僅在相對較低的電壓下才穩定。另一些則依賴於有毒、昂貴的含氟化合物。
在這項新研究中，研究人員開發出了一種新型的不含氟的水基水凝膠鋰離子電池。加州大學伯克利分校機械工程博士後研究員Peisheng He表示：“我們使用的許多材料都不同於傳統鋰離子電池的標準材料。我們從失敗的試驗中吸取教訓，建立並不斷改進製造和測試方案，從而克服了這些挑戰。”
此前的可拉伸電池已被證明很堅固，能經受住扭曲甚至錘子的敲擊。這種新型電池展現出了更高水平的耐用性，它不僅能承受拉伸、扭曲和摺疊，而且在被針反覆穿刺時仍能持續為一盞黃燈供電。此外，該研究的合著者、加州大學伯克利分校機械工程教授Liwei Lin說：“這種電池即使被切成兩半，再拼接起來，也能自我修復，仍可保持 90% 以上的容量。”
新型耐用的水凝膠鋰離子電池
這種新型電池在高達3.11伏的電壓下仍能保持穩定。而過去的水凝膠電池僅在最高1.23伏的電壓下才穩定。此外，在一個月的時間裡，它在500次充放電迴圈中都能穩定執行，平均能釋放出所充電量的95%。
該研究的合著者、佐治亞理工學院材料科學與工程助理教授Anju Toor說：“將我們的電池整合到智慧手錶的錶帶中，可以增加手錶的電池容量，這樣人們可能每週只需充電一次甚至更久才充一次電。”
科學家們警告說，他們的電池能量密度僅為市場上鋰離子電池的十分之一左右，“所以還有工作要做”，Peisheng He說，“我們預計，對電極結構、高容量電極和電解質化學的最佳化將在未來進一步提高能量密度。”
儘管如此，Liwei Lin說：“即使沒有這些改進，目前的原型也足以取代智慧手錶的聚合物錶帶，提供額外的電力。”
Toor表示，研究人員現在正試圖透過卷對卷工藝將這項技術從實驗室規模的製造推向工業級的高通量製造。
4月9日，科學家們在《科學進展》雜誌上詳細介紹了他們的研究結果：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu3711。
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