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来自电鳗身上的新型柔软电池

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2018-2-25 9:48:41来源:新浪科技作者:未知 编辑:吴子坤我要纠错

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摘要:红色凝胶含有盐水,而蓝色凝胶含有淡水。离子原本会从红色凝胶流向蓝色凝胶,但由于基板的间隔,无法出现这样的流动。

红色凝胶含有盐水,而蓝色凝胶含有淡水。离子原本会从红色凝胶流向蓝色凝胶,但由于基板的间隔,无法出现这样的流动。与此同时,与这块基板对应的另一块基板上布置了绿色和黄色凝胶,当它们桥接在蓝色和红色凝胶之间的空隙时,就能为离子运动提供通道。

北京时间2月25日消息,据国外媒体报道,1799年,意大利物理学家亚历山德罗·伏打(Alessandro Volta)着迷于用锌和铜叠成手臂长的“伏打堆”,二者之间用卤水隔开。这种“伏打堆”是世界上第一种电化学电池,但伏打的设计基础来源于更为古老的东西——电鳗的身体。

电鳗是一种淡水鱼类,能通过特化的肌肉组织放电。它们的体长可达两米,而放电器官的长度就可达体长的80%。在放电器官中有数以千计的特化肌肉细胞,称为“放电体”(electrocyte)。每个放电体只能产生很小的电压,但数千个放电体合在一起,就能产生高达600伏的电压,足以击倒一个人,甚至一匹马。电鳗的放电机制为伏打提供了发明电池的灵感,使他称为一位19世纪的名人。

两个世纪之后,电池已经成为我们的日常用品。但即使现在,电鳗依然在为科学家提供灵感。在瑞士弗里堡大学,由迈克尔·迈耶(Michael Mayer )领导的研究团队就发明了一种模仿电鳗放电器官的新型柔性电池。这种电池由一些不同颜色的凝胶块组成,像电鳗的放电体一样以长条排列。如果想启动电池,你只需要把这些凝胶块叠在一起。

与传统电池不同,这款新型电池十分柔软、灵活,或许能用在下一代软体机器人身上。而且,由于电池所用的材料可以和我们的身体相容,因此具有促进开发下一代起搏器、假肢和医用植入物的潜力。想象一下能发电的隐形眼镜,或者能依靠我们体内液体和盐分运行的起搏器,所有这些产品的灵感或许都将来自电鳗。

为了研制这种与众不同的电池,研究团队成员汤姆·施罗德(Tom Schroeder)和安妮·古哈(Anirvan Guha)开始深入了解电鳗放电体的工作原理。这些细胞以长条形堆叠,互相之间存在充满液体的间隔——就像涂抹了蜂蜜或糖浆的薄饼叠起来。当电鳗休息时,每个放电体会从正面和背面泵出正离子,产生两股能互相抵消的相反电压。但是,在需要的时候,放电体的背面会翻转过来,开始向相反方向泵出正离子,形成贯穿整个细胞的微小电压。关键在于,所有放电体可以同时翻转,它们的微小电压加起来就能产生强大的电能。这就好像电鳗的尾巴上有着数千个这样的电池,其中一半指向“错误”的方向,但电鳗可以随时把它们调整到“正确”的方向,使它们对齐并放电。这样的特化程度简直不可思议。

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