如今，安裝在機(jī)器人上的制成電池可以提供電能，但代價(jià)是款超增加質(zhì)量，這需要增加動(dòng)力來移動(dòng)和使用。高強(qiáng)然而，度車密歇根大學(xué)的身電一組研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)智能解決方案，它將使未來的池由電池能夠在減輕自身重量的同時(shí)提供電力——它只需要一點(diǎn)凱夫拉爾。
在密歇根大學(xué)化學(xué)工程教授尼古拉斯科托夫的廢棄芳綸領(lǐng)導(dǎo)下，研究小組開發(fā)了一種電池系統(tǒng)，制成這種電池系統(tǒng)足夠強(qiáng)大，款超可以為其他機(jī)器人提供結(jié)構(gòu)支持。科托夫告訴密歇根大學(xué)新聞：“機(jī)器人的設(shè)計(jì)受到電池需求的限制，電池通常占據(jù)機(jī)器人內(nèi)部20%或更多的可用空間，或者相當(dāng)于機(jī)器人重量的比例。”
“就能量密度而言，沒有其他報(bào)道的結(jié)構(gòu)電池可以與當(dāng)今最先進(jìn)的鋰電池相提并論。我們通過10種不同的措施對(duì)之前版本的結(jié)構(gòu)鋅電池進(jìn)行了改進(jìn)，其中一些措施需要100次才能實(shí)現(xiàn)。”他繼續(xù)說道。
在周三發(fā)表在《科學(xué)機(jī)器人》雜志上的一項(xiàng)研究中，科托夫指出，他的團(tuán)隊(duì)不僅使用了能量密度是標(biāo)準(zhǔn)鋰離子磚三倍的鋅空氣電池化學(xué)物質(zhì)，還將電池集成到機(jī)器人本身中，與傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)相比，它可以打開機(jī)器人內(nèi)部約20%的空間。
“不過，這不是極限。我們估計(jì)，如果用鋅電池代替機(jī)器人的外觀，機(jī)器人的功率容量將比單節(jié)鋰離子電池增加72倍。”第一作者王明強(qiáng)指出。
此外，這種電池設(shè)計(jì)還克服了在將電池集成到機(jī)器結(jié)構(gòu)中的其他努力中遇到的另一個(gè)困難的權(quán)衡：電池可以產(chǎn)生的能量及其抗壓能力。通常，金屬-空氣電化學(xué)電池使用水溶液來分離正極和負(fù)極。密歇根大學(xué)的u型電池由鋅電極和周圍空氣陰極組成，中間隔著一層懸浮在水基聚合物凝膠中的凱夫拉纖維，有助于氫氧離子在電極間轉(zhuǎn)移。因?yàn)楦綦x層實(shí)際上是固體，在應(yīng)力作用下不會(huì)像液體隔離層那樣開裂或破裂。即使破了，溶液也是無毒的。
更重要的是，隔離層非常堅(jiān)硬，這實(shí)際上可以幫助抑制鋅枝晶的形成，并在充放電循環(huán)過程中在電極之間產(chǎn)生少量金屬沉淀，從而降低電池性能和使用壽命。鋰離子電池可以循環(huán)使用500次左右，不會(huì)出現(xiàn)明顯的退化，但鋅電池只有100次后就會(huì)開始衰退。
科托夫?qū)㈦姵叵到y(tǒng)比作人體脂肪。我們的脂肪不僅為我們儲(chǔ)存能量，還為我們的關(guān)節(jié)提供緩沖，有助于保存體熱。因此，他希望目前的單電池設(shè)計(jì)最終能發(fā)展成分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)。科托夫指出：“我們沒有一個(gè)脂肪囊，它很大，需要大量的能量轉(zhuǎn)移。”"分布式儲(chǔ)能是一種生物方法，也是高效生物形態(tài)設(shè)備的一種方法."
科托夫希望在未來3-5年內(nèi)準(zhǔn)備好商用電池系統(tǒng)，并希望第一批買家將是無人機(jī)和機(jī)器人制造商。“這不僅關(guān)乎大型亞馬遜機(jī)器人，也關(guān)乎小型機(jī)器人。”告訴科托夫的IEEE頻譜。"對(duì)于小型柔性軟機(jī)器人來說，儲(chǔ)能是一個(gè)非常重要的問題."
