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分布式储能：生物电池可以为机器人提供72倍的能量

时间：2022-04-30 17:25:03 来源：

如生物脂肪储量在动物中储备能量，新的可充电锌电池集成到机器人的结构中，以提供更多的能量，由密歇根大学领导的团队表明。

随着机器人缩小到微观尺寸和下方的机器人，这种方法将尤为重要。

“机器人设计受到在机器人内部占用20％或更多的可用空间的电池的限制，或者占机器人重量的类似比例，”尼古拉斯科托夫说，Joseph B.和佛罗伦萨V.Cejka说工程教授领导了研究。

移动机器人的应用正在爆炸，从送货无人机和自行车车道取出机器人到机器人护士和仓库机器人。在微局，研究人员正在探索可以自组装成较大设备的群机器人。多功能结构电池可能会释放空间，减轻重量，但直到现在，它们只能补充主电池。

“在能量密度方面，没有报告的其他结构电池在今天的最先进的先进锂电池方面是可比的。我们以10种不同的措施提高了我们先前版的结构锌电池，其中一些是更好的100倍，使其发生了100倍，“Kotov说。

他说，能量密度和廉价材料的组合意味着电池可能已经增加了交付机器人的范围。

“这不是限制。我们估计机器人可以使用锌电池用锌电池代替其外部替换的外来电池，“明强王先生”王某的实验室的访问研究人员称，机器人可以拥有72倍的功率容量。“


由密歇根大学研究人员开发的新的可充电锌电池可以提供更多的能量并融入机器人的结构。随着机器人缩小到微尺度和下方的机器人，这种方法尤为重要，秤当前独立电池太大而且效率低下。

新电池通过通过电解质膜通过锌电极和空气侧的氢氧化离子。该膜部分是芳纶纳米纤维的族核心 - 在Kevlar背心中发现的碳基纤维 - 以及新的水基聚合物凝胶。凝胶有助于在电极之间穿梭氢氧化物离子。

用廉价，丰富和很大程度的无毒材料制成，电池比目前使用的材料更环保。与锂离子电池中的易燃电解质有损坏，凝胶和芳族聚酰胺纳米纤维不会着火。芳纶纳米纤维可以从退役的身体盔甲上旋转。

为了展示他们的电池，研究人员在蠕虫和蝎子的形状中尝试了常规和小型化的玩具机器人。该团队用锌 - 空气电池取代原来的电池。它们将细胞与电机连接并缠绕在令人毛骨悚然的爬行物的外部。

“可以做双重责任的电池 - 存储充电和保护机器人的'器官 - 复制用于存储生物中能源的脂肪组织的多功能性，”科托夫实验室的生物医学工程博士生艾哈迈德·埃姆雷说。

锌电池的缺点是它们保持高容量约为100个循环，而不是我们预期的500以上，我们预期的智能手机中的锂离子电池。这是因为锌金属形成尖峰，最终刺穿电极之间的膜。电极之间的强芳族纳米纤维网络是锌电池相对长的循环寿命的关键。廉价且可回收的材料使电池易于更换。

超越电池化学的优点，Kotov表示，使用在U-M中开发的图表理论方法，设计可以使设计能够从单个电池转移到分布储能。

“我们没有单袋脂肪，这将是庞大的，需要很多昂贵的能源转移，”科托夫说。“作为生物方式的分布式储能是用于高效的生物态设备的方式。”

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参考：“用于机器人的生物学结构电池”由明强王，德鲁维奇奥，春燕王，艾哈迈德·艾德，雄园，枣兴江，保罗博丹，玉通黄和尼古拉斯A.科托夫，2020年8月19日，科学机器人.DOI：
10.1126 / scirobotics.aba1912.

该研究由国防部，国家科学基金会和科学研究空军办公室资助。电池测试在U-M能源研究所进行。科托夫也是化学工程教授，材料科学和工程和大分子科学和工程。王是中国哈尔滨理工学院的博士后研究员。

密歇根大学申请专利保护，正在寻求商业合作伙伴将技术推向市场。


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