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在过去的几十年里，电池的研究主要集中在可充电锂离子电池上。从电动汽车到便携式电子产品，锂离子电池的应用非常广泛，在价格和容量方面都有了显著的提高。但非充电电池在许多重要用途中发挥着至关重要的作用，如心脏起搏器等植入式医疗设备，但在此期间几乎没有改进。
现在，麻省理工学院的研究人员想出了一种方法来提高这些不可充电电池的能量密度。他们说，这种技术可以使使用寿命增加50%，或者在给定的功率或能量容量下，相应减小体积和重量，同时提高安全性，几乎不增加成本。
这项新发现，涉及到用一种具有能量传递活性的材料取代传统非活性电池电解质，发表在《美国国家科学院院刊》上，由麻省理工学院卡瓦诺博士后海宁·高、研究生亚利杭德罗·塞维利亚、机械工程副教授Betar Gallant以及麻省理工学院和加州理工学院的其他四人共同撰写。
亚1州区2区3区4区产品乱码 加兰特说，更换起搏器或其他医疗植入物中的电池需要外科手术，因此电池寿命的任何延长都可能对患者的生活质量产生重大影响。一次电池被用于这些重要的应用，因为在给定的尺寸和重量下，它们可以提供大约三倍于充电电池的能量。
高说，这种容量上的差异使得一次电池“在充电不可能或不切实际的应用中至关重要”。这种新材料在人体温度下工作，因此适合用于医疗植入物。除了可植入设备，随着进一步的发展，电池可以在更低的温度下有效工作，应用还可以包括运输跟踪设备中的传感器，例如，确保食品或药品运输的温度和湿度要求在整个运输过程中得到适当保持。或者，它们可能被用于远程操作的空中或水下航行器，需要在很长一段时间内随时准备部署。
起搏器电池通常可以使用5到10年，如果需要除颤等高电压功能，寿命甚至会更短。然而，对于这种电池，高说，技术被认为是成熟的，“在过去的40年里，在基本的细胞化学方面没有任何重大的创新。”
该团队创新的关键是一种新型电解质——这种材料位于电池的两个极(阴极和阳极)之间，并允许载流子从一侧通过到另一侧。通过使用一种新的液体氟化化合物，研究小组发现他们可以将阴极和电解质的一些功能结合在一种化合物中，称为catholyte。Gao说，这可以为典型的一次电池节省很多重量。
格兰特解释说，虽然除了这种新化合物，理论上还有其他材料可以在大容量电池中发挥类似的阴极作用，但这些材料的固有电压较低，无法与传统起搏器电池(一种被称为CFx的电池)中的其余材料相匹配。因为电池的总输出不能超过两种电极材料中较低的那一种，额外的容量就会因为电压不匹配而浪费掉。但是有了这种新材料，“我们的氟化液体的主要优点之一是它们的电压与CFx的电压非常一致，”Gallant说。
在传统的CFx电池中，液体电解质是必不可少的，因为它允许带电粒子从一个电极穿过到另一个电极。但“这些电解质实际上在化学上是不活跃的，所以它们基本上是累赘，”高说。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。但她说，在使用氟化catholyte材料的新设计中，自重可以减少到20%左右。
加兰特说，与其他使用有毒和腐蚀性的阴极材料的化学材料相比，新电池也提供了安全改进，而他们的配方没有。她说，初步测试表明，电池的稳定保质期超过一年，这是一次电池的一个重要特征。
到目前为止，该团队还没有在实验上实现他们分析预测的50%的能量密度改善。他们已经证明了20%的改进，这本身对于一些应用程序来说是一个重要的收获，Gallant说。电池本身日本晚上免费正能量的设计还没有完全优化，但研究人员可以根据活性材料本身的性能来预测电池的性能。她说:“我们可以看到，当它放大后，预计细胞水平的性能可以比CFx细胞高50%左右。”通过实验达到这一水平是该团队的下一个目标。
塞维利亚是机械工程系的博士生，他将在来年专注于这项工作。他说:“我参与这个项目是为了试图理解为什么我们无法达到可能的全部能量密度的一些局限性。”“我的作用一直是试图填补理解潜在反应方面的空白。”
高说，这种新材料的一大优势是，它可以很容易地集成到现有的电池制造过程中，作为一种材料的简单替代。高说，与制造商的初步讨论证实了这种可能很容易的替代方法。她说，用于其他用途的基本起始材料已经被扩大生产，其价格与目前用于CFx电池的材料相当。她说，使用这种新材料的电池的成本也可能与现有的电池相当。该团队已经为这种catholyte申请了专利，他们预计这种医疗应用可能是第一个商业化的，也许在大约一年内会有一个全尺寸的原型在真正的设备上进行测试。
研究人员说，在未来的道路上，其他应用可能也会利用这种新材料，比如可以远程读取的智能水表或燃气表，或者像EZPass应答器这样的设备，延长它们的使用寿命。为无人驾驶飞机或水下交通工具提供动力需要更高的动力，因此可能需要更长的时间来开发。其他用途还包括用于远程设备的电池，如石油和天然气钻井平台，包括下放到井下监测条件的设备。
