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韩国研发可拉伸锂离子电池 为可穿戴与植入式电子设备注入柔性动力

韩国研发可拉伸锂离子电池 为可穿戴与植入式电子设备注入柔性动力

随着可穿戴健康监测设备、智能织物以及植入式医疗电子(如起搏器、神经刺激器)的快速发展,对为其供电的能源设备提出了革命性要求:它们必须像人体组织一样柔软、可弯曲,甚至可拉伸。传统刚性电池已成为制约其舒适性、安全性与集成度的关键瓶颈。韩国科研团队在电子专用材料领域取得突破性进展,成功研发出一种高性能的可拉伸锂离子电池,为下一代柔性电子设备提供了至关重要的“柔性心脏”。

这项创新的核心在于电池结构与材料的全新设计。研究人员摒弃了传统电池的刚性外壳和堆叠电极,转而采用了一种仿生结构。他们设计了一种基于蛇形或弹簧状的互联电极结构,使电池在宏观上能够像橡皮筋一样被拉伸、扭曲而不损坏。更重要的是,在微观材料层面,团队专注于电子专用材料的研发与复合:

  1. 电极材料的柔性化:开发了基于碳纳米管、石墨烯等纳米材料的复合电极。这些材料本身具有良好的导电性和机械柔韧性。研究人员将其与活性锂离子材料(如磷酸铁锂、三元材料)结合,制成多孔、纤维状或薄膜状的柔性电极,既保证了电化学性能,又赋予了其拉伸性。
  1. 电解质的革新:传统液态电解质存在泄漏风险,不适用于可穿戴尤其是可植入环境。团队研发了固态或凝胶聚合物电解质。这种材料像果冻一样柔软、有弹性,离子电导率高,且安全性极佳,能够很好地适应拉伸变形,并有效隔离正负极防止短路。
  1. 封装材料的突破:为确保电池在反复拉伸和复杂人体环境(如汗液、组织液)中的稳定运行,研发了新型弹性体封装材料。这种材料具有优异的密封性、生物相容性(对于植入应用至关重要)和机械耐久性,能够像皮肤一样保护电池内部组件。

这种可拉伸电池展现了令人瞩目的性能:在承受高达30%甚至以上的应变(拉伸率)时,仍能保持稳定的电压输出和充放电能力;经过数百次拉伸循环后,容量衰减极小。这意味着,将其集成到智能手环的表带、智能服装的纤维中,或在人体内随着心脏跳动、肌肉运动而形变时,它都能持续可靠地供电。

其应用前景极为广阔:

  • 可穿戴设备:使智能手表、健康监测贴片完全柔性化,无感佩戴;实现真正的“智能服装”,将传感与供电系统无缝编织入布料。
  • 植入式医疗设备:为下一代柔性脑机接口、可控药物释放系统、柔性心脏起搏器等提供安全、持久的体内电源,极大减少因设备刚性带来的组织损伤和排斥风险。
  • 软体机器人:为仿生机器人、医疗手术机器人提供灵活的能源解决方案。

该项技术从实验室走向大规模商用还面临挑战,包括进一步提高能量密度、确保长期生物相容性与安全性(尤其是可植入场景)、以及降低制造成本。但毫无疑问,韩国团队在电子专用材料研发上的这一突破,标志着柔性储能技术迈出了关键一步,正推动着电子设备从“刚性”向“柔性”乃至“可拉伸”时代的深刻变革,为未来无处不在、人机和谐共生的电子生态奠定了坚实的基础。

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更新时间:2026-01-13 05:54:15

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