基于许多原因,人们非常关注采用各种技术并且具有不同外形尺寸的电池。每个人都希望电池在同样的重量和体积下具有更高的能量密度,并具有优异的放电(甚至充电)特性和低成本。因此人们对锂离子化学电池及其许多变化版本青睐有加,因为它们似乎(至少在可预见的未来)可以提供最大的电压(和潜力)来满足这些密度目标。

003ednc20170502 图1:卡耐基梅隆大学的Christopher Bettinger教授夸张地展示他的团队正在开发的可食用电池带来的可能性。(来源:卡耐基梅隆大学)

然而,有些应用更关心异乎寻常的化学材料、构造和外形尺寸, 而不只是越来越好的锂离子电池。就拿卡耐基梅隆大学的Christopher Bettinger教授领导的小组所做的工作来说吧。他们正在开发可以食用的、生物相容的电池。这些电池使用人体内已经存在的无毒材料,将诸如胃酸等可用液体作为电解液(图1)。这位教授领导的团队已经生产出基于人体内已经存在的一种色素—黑色素的阴极,以及由也已经存在的二氧化锰制作的阳极;基于人体友好材料的其它版本也已经被开发出来了。

上述技术的理念是这些电极在使用后会无害化溶解。使用各种可溶阳离子生产的上述大多数电池具有最适宜的电压(0.5V到0.7V之间);虽然确切的规范很难找到,但有地方提及5mW功率可以使用长达20个小时时间

004ednc20170502 图2:这种米粒大的电池是手工组装出来的,用于给声学鱼类

不只是人类需要特殊的电池。由太平洋西北国家实验室开发的一种微型电池(参考“A battery small enough to be injected, energetic enough to track salmon(一种小到足够注射用、能量足够跟踪大马哈鱼的电池)”)只有6mm长、3mm宽,重量只有70mg(图2),用于给声学鱼类标签供电。它是用手工加工然后卷起来的多层产品(图3),这样可以增加内部表面积,从而减少内阻,但这也是许多实际电池实现中的一个薄弱点。虽然每个电池都是手工打造的,但目前为止已经制造出约有1,000个这样的电池,其中有700多个被植入鱼身中,用于给跟踪设备供电。

005ednc20170502 图3:鱼用标签电池采用多层结构制造,这些层随后被卷起来再插入微型金属罐中。(来源:太平洋西北国家实验室)

这些米粒大小的电池可以提供足够的功率,用于持续约3周时间每隔3秒(或持续1个月每隔5秒)发送744毫秒的信号。能量密度规定为240Wh/kg,相比之下,标准氧化银纽扣微型电池的能量密度约为100Wh/kg—不过你可能想知道这些数据是如何测量出来的,它们的比较是否公平。

这些特殊电池也有其它一些独特问题,比如怎样提供连接或连线。美国太平洋西北国家实验室的微型电池有内部引线; 但不清楚卡耐基梅隆大学的可食用电池是如何连接的。当然,这些电池用户是不会去联系电池座供应商以获得标准的连接器或电池座的。

你曾经想要去规范、设计或求助于高度专业化、独特且定制的微型电池吗?这是在设计周期早期就做出的决定还是后来才想起来要做的事呢?

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