耶鲁大学研发"多孔"电池：可180度弯折，专为可穿戴设备设计
耶鲁大学研发"多孔"电池：可180度弯折，专为可穿戴设备设计
耶鲁大学研究团队开发出一种创新的"多孔"电池，通过在电池袋上切割孔洞，使其具备柔韧性、透气性和高能量密度。这种电池不仅能够承受180度的拉伸或折叠，还表现出更好的抗温度波动和湿度变化能力，有望成为可穿戴电子设备的理想选择。
目前，大多数电池在可穿戴设备中的应用受到限制，尤其是在需要频繁动态活动的场景中。研究团队在论文中指出："传统电池的刚性和不透气性一直是可穿戴电子设备的主要限制因素，特别是在涉及动态物理活动的应用中。"而这种新型"多孔"电池通过一种相对简单的解决方案，成功解决了现有电池的诸多问题。
研究团队采用了一种柔性锂离子电池袋，并在其上切割了一系列水平和垂直的矩形孔洞。这种电池由一种具有一定弯曲度的扁平复合材料制成，制造过程相对简单，且使用了传统的电极材料和热压耗材。团队成员Lin Xu解释说："这种设计对运动员或长时间佩戴电子设备的用户尤其有用，例如用于健身追踪的智能服装、医疗监测设备等需要兼顾舒适性和可靠性的应用场景。"
通过在电池袋上添加一系列孔洞，研究团队发现电池在保持大部分电量的同时，具备了极高的柔韧性。设计模拟还表明，这种电池能够承受180度的拉伸或折叠而不会破裂。Lin Xu表示："一个挑战是如何保持足够的活性材料以确保电池的能量密度——孔洞过多或过大会降低储能容量。我们必须在机械拉伸性和电性能之间找到平衡。"
不仅如此，研究团队还发现，当电池被拉伸10%或折叠时，其能够抵抗物理应力并持续为LED灯泡供电。团队通过将电池拉伸和折叠超过100次验证了这一点。研究团队特别强调："重要的是，这种结构实现了高面积能量密度，单层电池袋的能量密度达到7.2 mW h/cm²，而使用双层电极时可扩展至14.4 mW h/cm²。"
此外，这种新型"多孔"电池还表现出更好的抗温度波动和湿度变化能力。其透气性大约是棉织物的两倍。为了进一步测试"多孔"电池的性能，研究团队将其编织到实验服中，评估用户在跑步等轻度运动时的表现。结果显示，电池的设计显著提高了散热能力，并防止了汗液在设备下的积聚。
研究团队表示，这种电池仍需进行更多的耐久性测试，因此他们计划在商用健康监测设备和运动装备中进一步测试其性能。同时，团队还在研究如何扩大生产规模——自动化制造必须确保孔洞的精准定位和密封，以避免电池袋泄漏或短路。
该研究成果已发表在《Matter》期刊上。