美国密歇根大学(University of Michigan)的一位教授发现，你的膝盖和智能手机电池有一些惊人的相似需求，这一新的发现导致了一种“结构电池”的原型，该原型采用了软骨状的材料，使电池非常耐用，而且易于塑形。
结构电池背后的想法是将结构部件中的能量存储在结构部件中 - 例如，无人机的机翼或电动车辆的保险杠。他们一直是研究人员和行业的长期目标，因为它们可以减轻体重和延伸范围。但是，迄今为止，结构电池沉重，短暂或不安全。
在ACS Nano上发表的一项研究中，研究人员描述了他们如何用软骨样的固体电解质制造出一种抗损伤的可充电锌电池。他们证明，这种电池可以替代几架商用无人机的外壳。这种原型电池可以在90%的容量下运行100次以上，并能承受猛烈的冲击，甚至不会失去电压或引起火灾。
“也是一个结构部件的电池必须是轻盈，强大，安全并且具有高容量。不幸的是，这些要求通常是互斥的，“尼古拉斯科洛夫，Joseph B.和佛罗伦萨V.Cejka工程教授领导了研究。
利用软骨的性质
为了避免这些权衡，研究人员使用了锌——一种合法的结构材料——和类似软骨胶原纤维的分支纳米纤维。
“大自然没有锌电池，但它必须解决一个类似的问题，”Kotov说。“软骨被证明是电池中离子传输材料的完美原型。它有惊人的机制，与它的薄相比，它为我们服务了很长时间。电池中分离阴极和阳极的固体电解质也需要同样的质量。”
在我们的身体中，软骨结合了机械强度和耐用性，使水，营养和其他材料通过它的能力。这些品质几乎与良好的固体电解质的质量相同，这必须抵抗树枝状物的损坏，同时也使离子从一个电极流到另一个电极。
树突是刺穿电极之间的隔膜的金属卷须，为电子创造一条快速通道，使电路短路，并可能引发火灾。锌以前在可充电电池中被忽视，因为它往往在充电/放电几次后就短路了。
Kotov的团队在电极之间渡过锌离子的膜不仅可以阻止锌的刺穿树突。像软骨一样，膜由与更柔软的离子友好的材料交织的超空纳米纤维组成。
在电池中，芳纶纳米纤维——防弹背心的原料——代替了胶原蛋白，聚乙烯氧化物(一种类似链的碳基分子)和锌盐代替了软骨的软成分。
展示安全和效用
为了制造工作细胞，团队将锌电极与氧化锰配对 - 标准碱性电池中的组合。但在可充电电池中，软骨状膜取代了标准分离器和碱性电解质。作为无人机上的二次电池，锌细胞可以将飞行时间延伸5％至25％ - 取决于电池尺寸，无人机和飞行条件的质量。
安全对结构电池至关重要，因此该团队故意通过用刀刺伤它们的细胞。尽管有多个“伤口”，电池继续放电接近其设计电压。这是可能的，因为没有液体泄漏。
目前，锌电池是最好的二次电源，因为它们不能像锂离子电池那样快速充放电。但Kotov的团队打算探索是否有更好的搭档电极，可以提高锌充电电池的速度和寿命。
了下:快速原型
