生物形態電池可以為機器人提供 72 倍以上的能量

鋅電極經過一定周期後表面的掃描電子顯微鏡圖像。

密西根大學領導的一個團隊表明，就像生物脂肪儲存動物能量一樣，一種新的可充電鋅電池集成到機器人的結構中，以提供更多的能量。

這種增加容量的方法將特別重要，因為機器人縮小到微尺度和以下尺度。

「機器人設計受到電池需求的限制，電池通常佔據 20% 或更多的可用空間機器人,或者佔機器人重量的類似比例，」約瑟夫 · 布的尼古拉斯 · 科託夫說和佛羅倫斯V.領導這項研究的Cejka工程教授。

移動機器人的應用正在爆炸式增長，從送貨無人機和自行車道外賣機器人到機器人護士和倉庫機器人。在微觀方面，研究人員正在探索能夠自組裝成更大設備的群體機器人。多功能結構電池可以潛在地釋放空間和減輕重量，但直到現在他們只能補充主要電池.

「沒有其他結構電池報告是可比的，就能量密度，當今最先進的鋰電池。我們改進了我們以前版本的結構鋅電池 10 種不同的措施，其中一些更好的 100 倍，使它發生，「Kotov說。

他說，能量密度和廉價材料的結合意味著電池可能已經是運輸機器人的兩倍。

「然而，這不是極限。我們估計，如果用鋅電池代替機器人的外部，機器人的功率容量可能是單個鋰離子電池的 72 倍，」王明強說，第一作者和最近訪問Kotov實驗室的研究員。

這種新電池通過電解質膜將氫氧根離子傳遞到鋅電極和空氣側之間。該膜部分是芳綸納米纖維的網絡-在凱夫拉爾背心中發現的碳基纖維-和一種新的水基聚合物凝膠.凝膠有助於穿梭氫氧根離子電極之間。

電池採用廉價，豐富且無毒的材料製成，比目前使用的電池更環保。與鋰離子電池中的易燃電解質不同，如果電池損壞，凝膠和芳綸納米纖維不會著火。芳綸納米纖維可以從退役的防彈衣中升級。

結構Zn-air電池的示意圖以及如何使用它為機器人提供結構的示例。愛麗絲 · 基特曼/科學機器人

為了展示他們的電池，研究人員嘗試了蠕蟲和蠍子形狀的常規尺寸和小型化玩具機器人。該小組用鋅空氣電池替換了他們原來的電池。他們把細胞連接到馬達裡，把它們包在令人毛骨悚然的爬蟲的外面。

艾哈邁德 · 埃姆雷說: 「電池可以做雙重任務 -- 儲存電荷和保護機器人的 &39; -- 複製脂肪組織的多功能性，在生物中儲存能量。」 科託夫實驗室生物醫學工程博士生。

鋅電池的缺點是，他們保持高容量約 100 次循環，而不是 500 或更多，我們期望從我們的智慧型手機的鋰離子電池。這是因為鋅金屬形成尖刺，最終刺穿電極之間的膜。電極之間的強芳綸納米纖維網絡是鋅電池相對較長循環壽命的關鍵。廉價且可回收的材料使電池易於更換。

除了電池化學的優勢之外，科託夫說，這種設計可以從單個電池轉變為分布式電池儲能,使用U-M發展的圖論方法。