來自萊斯大學和北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種可延展的電池，該電池能從空氣中吸收水分以產生電力，無需傳統的液體電解質，並可為可穿戴設備及物聯網（IoT）設備供電。這種水分激活電池（MAB）使用鎂陽極、銀/氯化銀陰極，以及一種浸泡了氯化鋰鹽的纖維素膜。該膜能夠吸收周圍空氣中的水分，溶解鹽類以形成電解質，從而使電池能夠產生電流。由於該電池在密封包裝內保持不活躍，因此可在使用前長時間儲存。
研究人員表示，這種設計還消除了傳統電池中常見的有毒和易燃電解質。
研究小組展示了該電池即使在低濕度環境中也能運作，適合用於從可穿戴健康監測器到微型機器人及遠程傳感器等多種應用。北卡羅來納州立大學電氣與計算機工程助理教授、該研究的共同通訊作者阿梅·班多卡（Amay Bandodkar）表示：「我們的電池消除了有毒和易燃的電解質，因為它本質上是依賴鹽水運行的。由於它僅在暴露於環境空氣時啟動，因此在密封包裝內保持不活躍，延長了保質期。」
新型水分激活電池具備多種應用潛力
與許多依賴蛇形電連接的可延展電池不同，這種新設計受到穿山甲的啟發。該電池使用重疊的鱗片狀結構，最小化在延展過程中產生的空隙，有助於在彎曲、扭曲或擴展時保持能量密度。萊斯大學機械工程助理教授、該研究的共同通訊作者拉烏德·阿維拉（Raudel Avila）表示：「力學在使這些電池既可延展又實用方面起著核心作用。我們的建模揭示了仿生堆疊和可延展互連器如何重新分配電池中的變形，保持在彎曲、扭曲和延展過程中的性能，同時最小化通常降低能量密度的空隙。」
研究人員使用該電池為一款無線藍牙血氧計供電，持續時間長達 30 小時，顯示出與類似設備中使用的傳統電池相當的性能。此外，研究人員還整合了一個水分觸發的「自毀開關」，旨在在設備被篡改時摧毀電子設備。該機制將鋁粉和碘粉的乾燥混合物存放在一個密封的隔間內。如果有人試圖打開或移除設備，隔間將被破壞，允許收集的水分接觸這些化學物質。隨之而來的反應產生的熱量足以使設備著火並摧毀其電子元件。
作為概念證明，研究人員將該系統納入一款無線氣體傳感器中。整個設備，包括嵌入的 CMOS 電子元件，於啟動後三分鐘內被摧毀。北卡羅來納州立大學電氣與計算機工程助理教授、該研究的共同通訊作者亞伯拉罕·瓦斯奎茲·瓜達多（Abraham Vázquez-Guardado）表示：「這款電池遠不僅僅是一個學術概念證明；它是一個能夠為日常物聯網和醫療設備供電的實用能源來源。
這種性能表明該電池技術準備好為全新一代電子設備和應用程序提供動力。」
研究人員還指出，這種電池輕便、生物相容、可生物降解，並使用無毒材料設計，成為靈活電子設備和一次性醫療設備的潛在替代品。該研究已發表於《科學進展》期刊。
項目 規格 電池持續時間 30 小時