新型空氣驅(qū)動(dòng)電池自帶內(nèi)置自毀功能，用于敏感設(shè)備

一種新型濕氣驅(qū)動(dòng)電池可拉伸、能為可穿戴設(shè)備供電，并在遭到篡改時(shí)可銷毀電子設(shè)備。

萊斯大學(xué)和北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種可拉伸電池，它從空氣中吸收水分來(lái)發(fā)電，無(wú)需傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)，就能為可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電。

這種濕氣激活電池采用鎂陽(yáng)極、銀/氯化銀陰極，以及浸漬有氯化鋰鹽的纖維素膜。薄膜從周圍空氣中吸收水分，溶解鹽分形成電解質(zhì)，從而使電池產(chǎn)生電流。

由于電池在密封包裝內(nèi)保持非活性狀態(tài)，因此可以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存后再使用。研究人員表示，該設(shè)計(jì)還去除了傳統(tǒng)電池中常見(jiàn)的有毒且易燃的電解質(zhì)。

研究團(tuán)隊(duì)證明，這種電池即使在低濕度環(huán)境中也能工作，因此適用于從可穿戴健康監(jiān)測(cè)器、微型機(jī)器人到遠(yuǎn)程傳感器等一系列應(yīng)用場(chǎng)景。

由濕氣驅(qū)動(dòng)

“我們的電池消除了有毒且易燃的電解質(zhì)，因?yàn)樗举|(zhì)上是用鹽水運(yùn)行的，”北卡羅來(lái)納州立大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授、論文共同通訊作者阿邁·班多德卡說(shuō)。“而且，由于它只有在暴露于環(huán)境空氣時(shí)才會(huì)被激活，因此在密封包裝內(nèi)一直保持非活性狀態(tài)，從而擁有更長(zhǎng)的保質(zhì)期。”

與許多依賴蛇形電連接的可拉伸電池不同，這種新設(shè)計(jì)從穿山甲身上獲得靈感。電池采用重疊的鱗片狀結(jié)構(gòu)，最大限度地減少了拉伸時(shí)產(chǎn)生的空隙，有助于在彎曲、扭曲或拉伸時(shí)保持能量密度。

“力學(xué)在使這些電池既具有可拉伸性又實(shí)用方面發(fā)揮著核心作用，”萊斯大學(xué)機(jī)械工程助理教授、論文共同通訊作者勞德?tīng)枴ぐ⒕S拉說(shuō)。“我們的建模揭示了仿生堆疊和可拉伸互連器如何在整個(gè)電池中重新分布變形，在彎曲、扭曲和拉伸下保持性能，同時(shí)最大限度地減少通常會(huì)降低能量密度的空隙。”

研究人員使用該電池為一個(gè)無(wú)線藍(lán)牙血氧儀供電長(zhǎng)達(dá)30小時(shí)，性能與類似設(shè)備中使用的傳統(tǒng)電池相當(dāng)。

內(nèi)置自毀功能

除了供電之外，研究人員還集成了一種濕氣觸發(fā)的“自毀開(kāi)關(guān)”，用于在設(shè)備遭到篡改時(shí)銷毀電子設(shè)備。

該機(jī)制將干燥的鋁粉和碘粉混合物儲(chǔ)存在一個(gè)密封隔間內(nèi)。如果有人試圖打開(kāi)或移除設(shè)備，隔間就會(huì)被破壞，使收集到的濕氣接觸到這些化學(xué)物質(zhì)。由此產(chǎn)生的反應(yīng)會(huì)釋放出足夠的熱量，將設(shè)備吞沒(méi)在火焰中并銷毀其電子器件。

作為概念驗(yàn)證，研究人員將該系統(tǒng)集成到一個(gè)無(wú)線氣體傳感器中。整個(gè)設(shè)備，包括其嵌入的CMOS電子器件，在激活后三分鐘內(nèi)便被銷毀。

“這種電池遠(yuǎn)不止是學(xué)術(shù)上的概念驗(yàn)證；它是一種實(shí)用能源，能夠?yàn)槿粘Ｎ锫?lián)網(wǎng)和醫(yī)療設(shè)備供電，”北卡羅來(lái)納州立大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授、論文共同通訊作者亞伯拉罕·巴斯克斯-瓜爾達(dá)多說(shuō)。“這樣的性能水平證明，該電池技術(shù)已準(zhǔn)備好為全新一代電子設(shè)備和應(yīng)用供電。”

研究人員還指出，這種電池重量輕、具有生物相容性、可生物降解，并且采用無(wú)毒材料設(shè)計(jì)，使其成為柔性電子設(shè)備和一次性醫(yī)療器械中鋰離子電池的潛在替代品。

該研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。

如果朋友們喜歡，敬請(qǐng)關(guān)注“知新了了”！