- Желейные батареи самовосстанавливаются, имеют желеобразную консистенцию и могут растягиваться более чем в 10 раз от исходной длины без потери проводимости.
- Желейные батареи можно использовать в носимых устройствах или мягких роботах, а также имплантировать в мозг для доставки лекарств или лечения таких заболеваний, как эпилепсия.
- Разработка желейных батарей сопряжена с рядом сложностей, включая необходимость тестов на биосовместимость и организацию эффективного крупносерийного производства.
НАШЕ МНЕНИЕ
Желейные батареи, вдохновлённые способностью электрического угря вырабатывать энергию, представляют собой гибкое и самовосстанавливающееся энергетическое решение. Эти батареи на основе гидрогеля могут растягиваться без потери проводимости, что делает их идеальными для носимых устройств, медицинских имплантатов и робототехники. Исследователи Кембриджского университета и Гуйлиньского технологического университета находятся на переднем крае этой области и стремятся вывести их на рынок благодаря многообещающим показателям безопасности и надёжным характеристикам. Похоже, что сочетание биологической совместимости и технологического прогресса вскоре позволит создавать более практичные и надёжные устройства, особенно в медицинской сфере.
— Хайди Ло, корреспондент BTW
Введение в желейные батареи
Представьте мир, в котором ваше носимое устройство никогда не причиняет дискомфорта, а медицинский имплантат создан так, чтобы двигаться вместе с вашим телом. Как мы все знаем, традиционные батареи с их жёсткой конструкцией часто ограничивают наши возможности в этих технологиях. К счастью, желейные батареи предлагают многообещающее решение благодаря своей гибкости и адаптивности.
Природа часто служит источником технологических прорывов. Идея желейных батарей на самом деле возникла из неожиданного источника — электрического угря. Это водное существовырабатывает электричествос помощью клеток, называемых электроцитами, чтобы оглушать добычу или защищаться.
Копируя этот природный процесс, исследователи создали батареи на основе гидрогелей, которые работают аналогично угрю. Последние исследования Кембриджского университета позволили добиться больших успехов в технологии желейных батарей. Учёные использовали гидрогели, состоящие из слоистых органических полимеров и содержащие более 60 % воды, что позволяет этим материалам очень эффективно проводить электричество.
Используя эти гидрогели, они создали батареи, которые гнутся, растягиваются и даже восстанавливаются сами. Это делает их более удобными при ношении на коже и более надёжными при имплантации во внутренние органы, такие как лёгкие, сердце или мозг, согласно отчёту The Economist.
В то время как большинство батарей теряют проводимость, если материал, из которого они изготовлены, сгибают или растягивают, желейная батарея может быть растянута в полтора раза от своей длины без потери напряжения.
Стивен О’Нил, член исследовательской группы Кембриджа.
Вторая группа из Гуйлиньского технологического университета, а также другие исследовательские центры Китая работали над самовосстанавливающейся батареей на основе гидрогеля. Их исследование, недавно опубликованное в Nano Research Energy, показывает, что батарея выдерживает множество изгибов и скручиваний. Группа также обнаружила, что батарея сохраняет способность к самовосстановлению даже после того, как её разломали десять раз, что говорит о её высокой прочности и потенциальной долговечности в практическом применении.
Читайте также:Изобретение NTT оживляет 3D-изображения без специальных инструментов
Быстрая викторина
Какая уникальная способность электрического угря вдохновила создателей желейных батарей?
А) Способность плавать задом наперёд
Б) Способность вырабатывать электричество
В) Способность жить как в пресной, так и в солёной воде
Г) Способность светиться в темноте
Правильный ответ — в конце статьи.
Разработка желейных батарей
Svolt Energy Technology Company, лидер в индустрии батарей, впервые представила идею желейных батарей на первом мероприятии Battery Day 2 декабря 2020 года в Уси (Китай). Желейная батарея — это литий-ионная батарея с новым гелеобразным электролитом. Она способна к самовосстановлению и не воспламеняется. Эта батарея работает так же хорошо, как и традиционные батареи с жидким электролитом, но при этом предотвращает тепловое распространение и сохраняет стабильность даже при физическом воздействии.
В ходе испытаний компании желейная батарея показала значительные улучшения безопасности по сравнению с обычными батареями. Она успешно прошла тест в тепловой камере при 150 °C, доказав, что способна выдерживать давление и продолжать работать даже при нагреве. Эти характеристики идеально подходят для электромобилей, поскольку батареи выдерживают экстремальную жару и хорошо работают в любых условиях. Это делает технологию более безопасной и полезной для электромобилей.
4 июля прошлого года Svolt Energy Technology представила желейную батарею второго поколения на конференции Global Partner Summit. Вице-президент Чжан Фаннань отметил высокую плотность энергии и возможности быстрой зарядки батареи, а также объявил о планах начать серийное производство в феврале 2026 года.
Читайте также:Прорыв на основе ИИ: революционная батарея Microsoft
Тем временем в июле 2024 года Кембриджский университет добился значительных успехов в области технологии желейных батарей. Новая желейная батарея, разработанная университетом, способна к самовосстановлению, имеет желеобразную консистенцию и может растягиваться более чем в десять раз от исходной длины без потери проводимости, согласно сообщению Sci-Tech Daily.
Характеристики и преимущества
Желейные батареи особенны благодаря своей инновационной конструкции. Они обладают набором уникальных свойств, которые устраняют многие ограничения традиционных батарей. Во-первых, их можно сгибать и растягивать, что делает их идеальными для носимых технологий и медицинских имплантатов, которые должны двигаться вместе с телом. Такая адаптивность означает, что пользователям не придётся беспокоиться о дискомфорте, а устройства, питаемые этими батареями, будут более надёжными.
«Механические свойства гидрогеля можно адаптировать так, чтобы они соответствовали свойствам человеческих тканей», — заявил руководитель команды Орен Шерман. «Гидрогелевые имплантаты с меньшей вероятностью будут отторгнуты организмом или вызовут образование рубцовой ткани, поскольку в них нет жёстких компонентов, таких как металлы».
Помимо гибкости, гидрогели действительно прочны. Они выдерживают большие нагрузки без повреждений и могут даже восстанавливаться при разрыве. Кроме того, желейные батареи способны к самовосстановлению. Эти батареи изготовлены из гидрогелей, а значит, обладают прочными молекулярными связями, которые могут выравниваться заново и восстанавливаться при повреждении.
Ещё одна особенность желейной батареи в том, что прочные молекулярные связи, позволяющие полимерам растягиваться, также позволяют материалу очень быстро восстанавливаться при разрыве.
Джейд МакКьюн, член команды Кембриджа.
Это не только продлевает срок службы батареи, но и снижает потребность в обслуживании и общие затраты. Кроме того, возможность беспроводной зарядки может ещё больше упростить их интеграцию в различные устройства, делая их ещё более универсальными и удобными.
Применение
Желейные батареи совершают революцию во многих областях благодаря своей уникальной гибкости и самовосстанавливающимся свойствам. Их способность растягиваться и принимать сложные формы делает их особенно подходящими для носимых и имплантируемых устройств. Эти батареи повышают функциональность и комфорт устройств мониторинга здоровья, таких как кожные пластыри, отслеживающие различные медицинские показатели, и умные часы, которые непрерывно контролируют параметры здоровья без дискомфорта, связанного с традиционными жёсткими батареями.
В медицинских технологиях желейные батареи не ограничиваются внешними устройствами — у них также значительный потенциал для внутреннего применения. Их можно имплантировать в организм для питания таких устройств, как интерфейсы «мозг — компьютер», которые могут использоваться для управления электронными протезами или для прямой доставки лекарств при лечении таких состояний, как эпилепсия. Их способность сливаться с тканями тела и двигаться вместе с ними снижает риск раздражения и повышает безопасность и комфорт пациентов.
Помимо медицинского и личного применения, желейные батареи перспективны в мягкой робототехнике. Их гибкость позволяет роботам выполнять деликатные задачи и безопасно работать рядом с людьми, что делает их идеальными для интеграции в передовые протезные устройства, такие как перчатки, помогающие людям, перенёсшим инсульт, восстановить подвижность рук. Это применение особенно перспективно, поскольку оно расширяет границы возможного в роботизированном протезировании, предлагая пользователям улучшенную мобильность и качество жизни.
Вызовы и перспективы
У желейных батарей много достоинств, но остаётся ещё несколько препятствий, которые предстоит преодолеть. Одна из главных проблем — безопасны ли эти батареи для использования в медицинских имплантатах. Очень важно убедиться, что материалы не вызывают никаких проблем при имплантации в организм человека.
Поэтому необходимо провести гораздо больше испытаний в реальных условиях, чтобы полностью понять уровень их безопасности. Ещё одна проблема — наращивание производства без потери качества или производительности. По мере продвижения этих батарей к коммерциализации будет очень важно разработать экономически эффективные методы крупномасштабного производства.
Более того, потенциал беспроводной зарядки и дальнейшее совершенствование способностей к самовосстановлению — перспективные направления исследований на будущее. Улучшения в этих областях могли бы сделать желейные батареи ещё более универсальными и привлекательными для более широкого круга применений.
Короче говоря, желейные батареи могут изменить правила игры в мире технологий, особенно для носимых и имплантируемых устройств. Их гибкость, самовосстанавливающиеся свойства и потенциал биосовместимости делают их инновационным решением, которое может привести к созданию более надёжных и удобных устройств.
По мере того как исследования продолжаются, а батареи совершенствуются и проходят испытания, мы можем стать свидетелями новой эры в способах питания устройств, открывающей более глубокую интеграцию и взаимодействие с человеческим телом и окружающей средой.
Правильный ответ: Б. Способность вырабатывать электричество