軟性的能量儲存裝置引起了廣泛的關注,但大多數報導都指出軟性電池和超級電容器使用具有強酸、強鹼或有毒的易燃有機溶液作為電解質,這對於人們在穿戴或植入各種裝置時構成潛在的安全問題。

中國復旦大學(Fudan University)的研究人員開發出一種超薄的軟性元件,可用於代替鋰離子電池,作為穿戴式和植入式裝置的潛在供電來源。這種可植入人體的軟性電池能運作於生物相容的液體中,例如靜脈注射(IV)生理鹽水溶液和以及含有氨基酸、糖和維生素的細胞培養基等水電解質。

研究人員在最近一期的《chem》期刊上發表其研究報告——「具有高安全性的多功能軟性含水鈉離子電池」(Multi-functional Flexible Aqueous Sodium-Ion Batteries with High Safety)。研究人員指出,這種電池的柔軟性以及小尺寸,使其更適合植入式裝置,甚至適合用於人腦中。

20170825_biobattery_NT01P1

復旦大學化學系教授王永剛說:「目前用於醫學植入物的鋰子離電池通常都是剛性形狀的。此外,大多數的軟性電池研究都是以易燃的有機或具腐蝕性的電解質為基礎,這些都存在安全隱患,而且用於穿戴式裝置的生物相容性差,更不用說植入式裝置了。」

研究人員使用各種含鈉離子(Na+)的含水電解質,包括硫酸鈉(Na2SO4)溶液、生理鹽水和細胞培養基,開發出一系列安全的軟性帶狀和纖維狀的水溶性鈉離子電池(SIB)。這兩種軟性電池版本,一種形狀像皮帶,由電極薄膜覆蓋在鋼網上,另一種則像是線圈電纜——編織的碳奈米管纖維骨架中嵌入奈米顆粒電極材料。

20170825_biobattery_NT01P2

根據研究人員進行測試後顯示,這兩種電池在功率輸出與充電方面的表現都優於穿戴式裝置中用的大多數現有鋰離子電池。

研究人員進一步解釋,採用生理鹽水或細胞培養基作為電解質所打造的軟性鈉離子電池極其柔軟,並表現出優越的電化學性能,能夠安全地應用於穿戴式電子產品或植入式電子元件中。此外,在生理鹽水或細胞培養液中的纖維狀電極可消耗O2並改變pH值,這意味著可望成為生物和醫學研究的潛在應用。

20170825_biobattery_NT01P3

編譯:Susan Hong

(參考原文:Multi-functional Flexible Aqueous Sodium-Ion Batteries with High Safety,by R. Colin Johnson)