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2022-11-11 10:33:12

新材料可延长植入式电池寿命50%

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不可充电 电池(原电池)依然在许多重要用途中发挥着关键作用,例如起搏器等植入式医疗设备。美国麻省理工学院研究人员利用一种对能量输送具有活性的材料,代替传统 的非活性电池电解质,以提高原电池的能量密度。在给定的功率或能量容量下,新方法可使电池使用寿命增加50%,或相应地减小尺寸和重量,同时还能提高安全 性,而成本几乎没有增加。该研究发表在最近的《美国国家科学院院刊》杂志上。

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延时系列图像显示新型电池在几天内完全放电。在放电过程中,电池中的新“阴极电解液”材料会化学转化为微红色的化合物,因此放电越多颜色越深。

更换心脏起搏器或其他医疗植入物中的电池需要进行外科手术,因此延长电池寿命可能对患者的生活质量产生重大影响。之所以在此类重要设备中使用原电池,因为在给定尺寸和重量的情况下,原电池可提供大约3倍于可充电电池的能量。

研究团队创新的关键是一种新型电解质。使用一种新的液态氟化化合物,他们发现可将阴极和电解质的一些功能结合在一种化合物中,这可减轻典型原电池的大部分重量。

研究人员解释说,除了这种新化合物之外,还有其他材料理论上可在高容量电池中发挥类似的阴极电解液作用,但这些材料的固有电压较低,与传统起搏器用CFx 电池中的电压不匹配。因为电池的总输出不能超过两种电极材料中较小的那个,额外的容量会因为电压不匹配而浪费掉。但是对于这种氟化液体新材料,其主要优点 之一是它们的电压与CFx的电压非常一致。

在传统CFx电池中,液体电解质必不可少。但是,这些电解质实际上是化学惰性的,构成电池重量的一部分。这意味着大约50%的电池关键部件(主要是电解质)是非活性材料。但在采用氟化阴极材料的新设计中,自重可减少到20%左右。

新电池还作了安全改进,使用了无毒和不具腐蚀性的阴极电解液材料。初步测试表明,其保质期超过一年,这是原电池的一个重要特征。这种新材料的另一大优势是它能很容易地集成到现有电池的制造工艺中,使用新材料的电池成本也与现有电池相当。




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