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IV和细胞液驱动的弯曲电池

中国的研究人员设计了可弯曲的电池,可以运行在人体感应液体上,如常规的生理盐水溶液和细胞培养液。 作者于8月10日在“化学”期刊上发表了他们的研究成果,着重介绍了智能手表等可穿戴电子设备的机械应力要求和植入式电子设备的安全要求。
弯曲电池
共同资深作者王永刚,复旦大学化学教授,能源材料化学协作创新中心说:“目前用于医疗植入物的锂离子电池的电池一般都是刚性的。 “此外,大多数报道的柔性电池都是基于易燃有机或腐蚀性电解质,这些电解质具有安全隐患,可穿戴设备的生物相容性差,更不用说植入式电池了。

可穿戴和植入式电池的安全措施通常涉及结构强化,以防止有害化学物质泄漏。相反,由王和高分子科学教授彭惠生教授领导的研究人员将这些有毒和易燃液体换成廉价和环保的钠离子溶液。在这些解决方案中,有两种适用于植入式设备的生物相容性材料,因为它们不会对身体的表面或内部造成伤害。虽然电解质泄漏仍然是不希望的,但是通过使用在大多数IV处理中泵入体内的生理盐水溶液或除了钠离子之外还含有氨基酸,糖和维生素的细胞培养基,其危险降至最低模拟人体细胞周围的液体。

从泄漏问题中解脱出来,可能需要这么多的保护材料,以至于电池变得庞大而不可弯曲,研究人员设计了两种类型的柔性电池 - 一种2D“带状”电池,它们将薄电极薄膜粘附到钢丝网以及在碳纳米管骨架周围嵌入电极材料的纳米颗粒的1D纤维形电池。除了测试生物相容性液体外,作者还测试了普通硫酸钠(一种安全且相当惰性的溶液)作为适用于外部可穿戴设备的液体电解质。

以硫酸钠溶液作为电解质,两种电池类型在电量保持能力(指示电池无需再充电多久能够工作的指标)和其尺寸的功率输出方面优于大多数报道的可穿戴锂离子电池。当作者折叠和弯曲电池以模仿手臂周围包裹传感器,手表或类似设备的影响时,这种表现就会停滞不前。生理盐水和细胞培养电池的充电容量仅略有下降,很可能是因为它们的钠离子含量比硫酸钠溶液略低。

涉及纤维形电池的不希望的副反应甚至将研究人员指向可能的生物医学应用。构成一维电池骨架的相同碳纳米管也可以加速溶解氧向氢氧根离子的转化,这个过程在不受控制的情况下会损害电池效率,但是作为一个独立的过程拥有治疗癌症和细菌感染的治疗潜力。

Wang说:“我们可以将这些纤维状电极植入人体内,以消耗必需的氧气,特别是在难以注射药物的地方。” “脱氧作用甚至可能消灭癌细胞或致病菌,因为它们对生活环境pH值的变化非常敏感,当然这是假设,但是我们希望能够与生物学家和医学科学家进行进一步的调查。