ジェリーバッテリー：自然から着想を得た伸縮自在で不思議なエネルギー

BTW Media は、公開された証拠がインターネットインフラストラクチャ、ガバナンス、運用上の依存関係、または市場の可視性に関連しているため、「Jelly batteries: Bizarre stretchy power inspired by nature」をプロファイルしています。

• ジェリーバッテリーは自己修復性があり、ゼリー状で、導電性に影響を与えることなく元の長さの 10 倍以上に伸ばすことができます。
• ジェリーバッテリーはウェアラブルデバイスやソフトロボットに使用でき、また脳に埋め込んで薬剤を投与したり、てんかんなどの疾患を治療したりする可能性があります。
• ジェリーバッテリーの開発には、生体適合性試験の必要性や、効率的な大量生産の確立など、いくつかの課題があります。

【見解】
電気ウナギの発電能力から着想を得たジェリーバッテリーは、柔軟で自己修復可能なエネルギーソリューションを導入します。ハイドロゲルをベースにしたこれらのバッテリーは、導電性を損なうことなく伸縮できるため、ウェアラブルデバイス、医療用インプラント、ロボット工学に最適です。ケンブリッジ大学と桂林理工大学の研究者は、有望な安全プロファイルと堅牢な性能により、これらの商業化を目指しており、この分野の最前線にいます。生体適合性と技術進歩の融合により、特に医療分野において、より実用的で信頼性の高いデバイスの統合が間もなく可能になると思われます。
–Heidi Luo, BTW reporter

ジェリーバッテリーの紹介

あなたのウェアラブルデバイスが決して不快感を与えず、医療用インプラントが身体とともに動くように設計されている世界を想像してください。よく知られているように、従来のバッテリーは硬い構造のため、これらの技術でできることを制限することがよくあります。幸いなことに、ジェリーバッテリーはその柔軟性と適応性により、有望な解決策を提供します。

自然はしばしば技術的ブレイクスルーの源です。ジェリーバッテリーのアイデアは、実際には意外な源、電気ウナギから来ています。この水生生物は、電気細胞と呼ばれる細胞を使って電気を生成し、獲物を気絶させたり身を守ったりします。

この自然のプロセスを模倣して、研究者たちはウナギと同様に機能するハイドロゲルを使用したバッテリーを作り出しました。ケンブリッジ大学の最新の研究は、ジェリーバッテリー技術に大きな進歩をもたらしました。彼らは 60％以上の水を含む積層有機ポリマーからなるハイドロゲルを使用し、これらの材料が非常に効率的に電気を伝導できるようにしました。

これらのハイドロゲルを使用して、彼らは折り曲げたり、伸ばしたり、さらには自己修復するバッテリーを作り出しました。これにより、皮膚に装着する際により快適になり、肺、心臓、脳などの内部臓器に埋め込まれた場合もより頑丈になります、と「The Economist」のレポートは述べています。

ほとんどのバッテリーは、材料が曲げられたり伸ばされたりすると導電性が低下しますが、ジェリーバッテリーは長さの 1.5 倍まで伸ばしても電圧を損なうことはありません。

ケンブリッジ研究チームの Stephen O’Neill 氏。

桂林理工大学の別のグループは、中国の他の研究センターとともに、自己修復型ハイドロゲルバッテリーの開発に取り組んできました。彼らの研究は最近「Nano Research Energy」に発表され、そのバッテリーが多くの屈曲やねじれに耐えられることを示しています。グループはまた、バッテリーが 10 回破損した後も自己修復能力を維持することを発見し、それが非常に堅牢であり、実際の用途で非常に耐久性がある可能性を示しています。

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クイッククイズ

電気ウナギのどのユニークな能力がジェリーバッテリーの設計に着想を与えましたか？

A) 後ろ向きに泳ぐ能力
B) 電気を生成する能力
C) 淡水と海水の両方で生きる能力
D) 暗闇で光る能力

正しい答えは記事の最後にあります。

ジェリーバッテリーの開発

バッテリー業界のリーダーであるSvolt Energy Technology Companyは、2020 年 12 月 2 日に中国の無錫で開催された第 1 回 Battery Day イベントで、ジェリーバッテリーのアイデアを初めて共有しました。ジェリーバッテリーは、新しいゲル状電解質を使用したリチウムバッテリーです。自己修復が可能で、発火しません。このバッテリーは従来の液体電解質バッテリーと同等の性能を発揮しながら、熱拡散を防ぎ、物理的ストレス下でも安定性を維持します。

同社のテストでは、ジェリーバッテリーは従来のバッテリーと比較して大幅な安全性の向上を示しました。150°C の熱箱試験に合格し、加熱されても圧力に耐えて機能し続けることを証明しました。これらの特性は、極度の熱に耐え、あらゆる条件下で良好に機能するため、電気自動車に理想的です。これにより、技術は電気自動車にとってより安全で有用になります。

今年 7 月 4 日、Svolt Energy Technology は Global Partner Summit で第 2 世代のジェリーバッテリーを発表しました。張方南副社長は、バッテリーの高エネルギー密度と急速充電能力を称賛し、2026 年 2 月に量産を開始する意向を発表しました。

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一方、2024 年 7 月には、ケンブリッジ大学がジェリーバッテリー技術で大きな進歩を遂げました。同大学が開発した新しいジェリーバッテリーは自己修復可能で、ゼリー状であり、導電性を失うことなく元の長さの 10 倍以上に伸ばすことができると、Sci-Tech Daily が報じています。

特徴と利点

ジェリーバッテリーの特異性は、その革新的な設計にあります。これらは、従来のバッテリーの多くの制限に対応する独自の特性セットを提供します。第一に、曲げたり伸ばしたりできるため、身体とともに動く必要があるウェアラブル技術や医療用インプラントに最適です。この適応性により、ユーザーは不快感を心配する必要がなく、これらのバッテリーで駆動するデバイスはより信頼性が高くなります。

「ハイドロゲルの機械的特性は、人体組織の特性に合わせて調整することができます」とチームリーダーの Oren Scherman 氏は述べています。「ハイドロゲルインプラントは、金属などの硬い部品を含まないため、身体に拒絶されたり、瘢痕組織の蓄積を引き起こしたりする可能性が低くなります。」

柔軟であることに加えて、ハイドロゲルは非常に強靭です。多くの圧力に耐えて損傷せず、破損しても自己修復することができます。さらに、ジェリーバッテリーは自己修復可能です。これらのバッテリーはハイドロゲルから作られているため、分子結合が強く、損傷した場合に再配列して修復することができます。

ジェリーバッテリーのもう一つの特徴は、ポリマーを伸ばすことを可能にする強い分子結合が、材料が破損した場合に非常に迅速に修復することも可能にしている点です。

ケンブリッジチームの Jade McCune 氏。

これにより、バッテリーの寿命が延びるだけでなく、メンテナンスの必要性と全体的なコストが削減されます。さらに、ワイヤレス充電の可能性は、さまざまなデバイスへの統合をさらに容易にし、より多用途で使いやすいものにするでしょう。

応用分野

ジェリーバッテリーは、その独自の柔軟性と自己修復特性により、多くの分野に革命をもたらしています。伸縮して複雑な形状に適合する能力により、ウェアラブルおよび埋め込み型デバイスに特に適しています。これらのバッテリーは、さまざまな病状を監視する皮膚パッチや、従来の硬いバッテリーに伴う不快感なしに健康指標を継続的に追跡するスマートウォッチなど、健康監視デバイスの機能性と快適性を向上させます。

医療技術において、ジェリーバッテリーは外部デバイスに限定されず、内部用途にも大きな可能性を秘めています。体内に埋め込んで、電子義肢を制御するために使用できるブレイン・コンピューター・インターフェースのようなデバイスに電力を供給したり、てんかんなどの状態を治療するために薬剤を直接投与したりすることができます。身体組織に溶け込んで動く能力により、刺激のリスクが軽減され、患者の安全性と快適性が向上します。

医療および個人用途に加えて、ジェリーバッテリーはソフトロボティクスへの応用も有望です。その柔軟性により、ロボットは繊細な作業を行い、人間の周りで安全に動作できるため、脳卒中の被害者が手の動きを取り戻すのを助ける手袋のような、高度な義肢デバイスへの統合に理想的です。この用途は、ロボット義肢で可能なことの限界を押し広げ、ユーザーに向上した運動能力と生活の質を提供するため、特に有望です。

課題と将来の展望

ジェリーバッテリーには多くの利点がありますが、克服すべき障壁がいくつか残っています。主な問題の一つは、これらのバッテリーが医療用インプラントで安全に使用できるかどうかです。材料が人体に埋め込まれたときに問題を引き起こさないことを確認することが非常に重要です。

したがって、安全性のレベルを完全に理解するために、実際の条件下でのテストをさらに多く行う必要があります。もう一つの問題は、品質や性能を損なうことなく生産を拡大することです。これらのバッテリーが商業化に向かう中で、コスト効率の高い大規模製造方法を開発することが非常に重要になります。

さらに重要なことに、ワイヤレス充電の可能性と自己修復能力のさらなる向上は、将来の有望な研究テーマです。これらの分野での改善により、ジェリーバッテリーはさらに多用途になり、より幅広い用途にとって魅力的になる可能性があります。

要するに、ジェリーバッテリーは、特にウェアラブルおよび埋め込み型デバイス向けに、テクノロジーの世界でゲームチェンジャーとなる可能性があります。その柔軟性、自己修復特性、生体適合性の可能性により、より信頼性が高く快適なデバイスにつながる革新的なソリューションとなっています。

研究が続き、これらのバッテリーが改良されテストされるにつれて、デバイスへの電力供給方法に新たな時代が到来し、人体や環境とのより大きな統合と相互作用が可能になるかもしれません。

正解：B. 電気を生成する能力