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微米級設(shè)備供電的鋅空氣電池面世
2024年08月20日 13:42:27
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4435
鋅電池長100微米，厚2微米，是一款鋅空氣電池。與其他類型的電池相比，鋅空氣電池能量密度更高、壽命更長。
【化工儀器網(wǎng) 時(shí)事熱點(diǎn)】鋅空氣電池，也稱為鋅-氧空氣電池，是一種利用空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，金屬鋅作為負(fù)極活性物質(zhì)的新型化學(xué)電源。鋅空氣電池的工作原理基于鋅與空氣中的氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)電池工作時(shí)，鋅電極被氧化并釋放出電子，這些電子通過電路流向正極，與空氣中的氧分子結(jié)合形成氫氧根離子。
隨著機(jī)器人設(shè)備逐漸縮小，對微米尺度電池的需求日益迫切。美國麻省理工學(xué)院工程師團(tuán)隊(duì)通過深入研究和技術(shù)創(chuàng)新，成功設(shè)計(jì)出了這款微型鋅空氣電池。該團(tuán)隊(duì)一直在致力于開發(fā)能夠感知和響應(yīng)環(huán)境刺激的微型機(jī)器人，而電池技術(shù)的突破為這些機(jī)器人的自主運(yùn)行提供了重要保障。
鋅電池長100微米，厚2微米，是一款鋅空氣電池。與其他類型的電池相比，鋅空氣電池能量密度更高、壽命更長。該電池從空氣中捕獲氧氣，可產(chǎn)生高達(dá)1伏的開路電壓，能量密度達(dá)到760瓦時(shí)/升，足以為一個(gè)微型電路、傳感器或執(zhí)行器供電。
該電池的能量密度達(dá)到760瓦時(shí)/升，相比其他類型的微型電池具有更高的能量存儲(chǔ)能力。鋅空氣電池在能量密度和壽命方面表現(xiàn)出色，適合為需要長時(shí)間運(yùn)行的微米級設(shè)備供電。電池正極采用活性碳、銅網(wǎng)等材料，負(fù)極采用金屬鋅，不含有毒有害物質(zhì)，符合環(huán)保要求。鋅電極使用完后，可通過再生還原得到再次使用，提高了資源利用率。
近年來，該團(tuán)隊(duì)一直在研究能夠感知和響應(yīng)環(huán)境刺激的微型機(jī)器人，但開發(fā)這種機(jī)器人面臨諸多挑戰(zhàn)，其中包括確保有足夠電力供其運(yùn)行。雖然已能用太陽能為此類設(shè)備供電，但必須始終有激光器或其他光源與機(jī)器人相連。如果想讓微型機(jī)器人進(jìn)入更小空間，賦予其更高自主性至關(guān)重要。而電池對于那些無法與外界連接的設(shè)備來說不可或缺。
電池由鉑電極和鋅電極組成，鋅電極嵌入名為SU-8的聚合物條內(nèi)。當(dāng)電極與空氣中的氧分子相互作用時(shí)，鋅被氧化并釋放出流向鉑電極的電子，從而產(chǎn)生電流。測試結(jié)果顯示，這種電池產(chǎn)生的電力足以驅(qū)動(dòng)一個(gè)執(zhí)行器(可升降的機(jī)器人手臂)，還可為憶阻器和時(shí)鐘電路供電，也能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩種不同類型的傳感器。研究人員還在努力提高新電池的電壓，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
這款微型鋅空氣電池的出現(xiàn)為微米級設(shè)備的能源供應(yīng)提供了新的解決方案。它可以廣泛應(yīng)用于體內(nèi)膠體機(jī)器人、傳感器等微米級設(shè)備中，為這些設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電力支持。未來，這些設(shè)備有望應(yīng)用于人體內(nèi)藥物輸送、天然氣管道泄漏定位等領(lǐng)域，為醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域帶來革命性的變化。
團(tuán)隊(duì)計(jì)劃，在此基礎(chǔ)上開發(fā)自主能力更強(qiáng)的微型機(jī)器人，包括注射到人體內(nèi)的微型機(jī)器人。這種機(jī)器人到達(dá)體內(nèi)后，可找到目標(biāo)部位，并釋放胰島素等藥物。這些設(shè)備將由生物相容性材料制成，完成任務(wù)后材料就會(huì)分解。
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