前不久，世界經(jīng)濟(jì)論壇第十四屆新領(lǐng)軍者年會(huì)（即“夏季達(dá)沃斯論壇”）在天津召開。論壇公布了《2023年十大新興技術(shù)報(bào)告》，羅列出10項(xiàng)將在未來3到5年內(nèi)對社會(huì)產(chǎn)生重大積極影響的新興技術(shù)。值得關(guān)注的是，柔性電池被列為“十大新興技術(shù)”之首。

(資料圖)

報(bào)告指出，傳統(tǒng)的剛性電池可能很快就會(huì)過時(shí)，而由可彎曲、折疊和拉伸的輕質(zhì)材料制成的薄型柔性電池即將全面進(jìn)入市場。

柔性電池將如何改造電池的未來？在哪些領(lǐng)域會(huì)得到廣泛使用？未來的發(fā)展將會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)？今天，請讓我們一探究竟。

柔性電池：折疊出未來世界

■周 韻 程春蕾

柔性折疊屏示意圖。 資料圖片

以柔克剛

若干年前，人類曾這樣想象著浪漫奇幻的未來——

手機(jī)可以像手絹一樣折起來塞進(jìn)口袋，電視顯示屏可以像畫軸一樣自由舒卷，隨身佩戴的智能手表不僅薄如蟬翼，還能和手腕全面貼合……試想一下這些畫面，是不是很酷？

現(xiàn)在，未來已來，這些美好的幻想與期待正在加速走進(jìn)我們的生活。而這一加速的過程，離不開一種高度靈活的儲(chǔ)能裝置的“加持”，這種儲(chǔ)能裝置就是——柔性電池。

柔性電池是指可以承受彎曲、拉伸、扭曲甚至折疊等形變而性能不變的電池。早在20世紀(jì)80年代，就有科學(xué)家開始嘗試制作柔性電池。但是，受制于技術(shù)和成本問題，柔性電池難以實(shí)現(xiàn)大面積應(yīng)用。近年來，隨著納米技術(shù)、材料科學(xué)和3D打印技術(shù)的進(jìn)步，柔性電池開始逐漸走進(jìn)大眾視野。

目前，柔性電池主要包括柔性鋰電池、柔性薄膜電池、柔性纖維電池和柔性紙電池等類型。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫膫鹘y(tǒng)剛性電池，大多采用堆疊和組裝的方式，在尺寸和形狀上非常“僵硬”。相比之下，柔性電池主要具有以下幾個(gè)優(yōu)勢：

——柔性更高。柔性電池采用了一系列的輕質(zhì)材料，例如可彎曲的聚合物和金屬箔，使得電池能夠在不損失性能的情況下彎曲和變形。這種柔性為手機(jī)等智能電子設(shè)備的設(shè)計(jì)帶來許多新可能，既可以實(shí)現(xiàn)更加輕薄、時(shí)尚的外觀，也可以使設(shè)備更加貼合用戶的需求和生活方式。

——能量更強(qiáng)。柔性電池可以根據(jù)具體需求進(jìn)行裁剪和定制，以適應(yīng)不同設(shè)備的大小和形式。這意味著柔性電池可以在更多的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的能量存儲(chǔ)，在同等容量下節(jié)省更多的組裝部件，從而使電池具備更高能量密度和功率輸出。

——環(huán)保性強(qiáng)。部分傳統(tǒng)電池使用的重金屬材料成本高，往往不可降解，使用壽命結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生大量電子廢物。柔性電池更多采用可回收和可再利用的新材料生產(chǎn)，有助于降低資源消耗和減少對稀有資源的依賴，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)綠色循環(huán)發(fā)展。

——安全性更佳。柔性電池具備良好的環(huán)境適應(yīng)性和抗碰撞性，且傳熱面積大，便于散熱和管理，即使在極端條件下也不影響使用。與傳統(tǒng)電池相比，柔性電池在熱失控過程中產(chǎn)生的氣體很容易釋放，從而可以快速冷卻，避免出現(xiàn)因溫度過高而產(chǎn)生的電池爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

目前，世界各國研究人員正在競相探索用更新的材料和技術(shù)來制造柔性電池。有研究人員受到了人們做仰臥起坐運(yùn)動(dòng)時(shí)人體脊椎的柔韌性啟發(fā)，研發(fā)了一款柔性鋰電池。這款鋰電池?zé)o論如何彎曲，都具有顯著的柔性、高能量密度和穩(wěn)定的電壓，在未來的可穿戴設(shè)備，特別是折疊屏電子產(chǎn)品和智能手表等方面有著廣闊應(yīng)用前景。還有一款柔性纖維電池，雖然只有幾百微米厚，但存儲(chǔ)容量卻有123毫安，長度更是達(dá)到了驚人的140米，其可織性和拉伸性使得柔性電池可集成到衣物、腕帶、手套、口罩等日常生活用品中……

可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，憑借自身特有的“以柔克剛”優(yōu)勢，柔性電池將在很多領(lǐng)域取代剛性電池的主角地位，為人類美好生活創(chuàng)造更多可能。

世界經(jīng)濟(jì)論壇公布2023年十大新興技術(shù)。制圖：程春蕾

多點(diǎn)開花

《2023年十大新興技術(shù)報(bào)告》指出，柔性電池技術(shù)預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到2.4億美元的市場價(jià)值。隨著市場發(fā)展，柔性電池在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、醫(yī)療保健和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域?qū)⒍帱c(diǎn)開花，展現(xiàn)出豐富的應(yīng)用場景。

消費(fèi)電子領(lǐng)域——未來，柔性顯示屏的發(fā)展和柔性電池息息相關(guān)。如今，我們雖已看到可折疊屏手機(jī)和可彎曲電子書的問世，但其技術(shù)尚不成熟，普及率不高。柔性電池的出現(xiàn)將進(jìn)一步推動(dòng)可折疊、可卷曲顯示屏的發(fā)展，這將為消費(fèi)者帶來全新的移動(dòng)體驗(yàn)，讓他們能夠擁有更大的屏幕空間和電池續(xù)航，同時(shí)仍能將設(shè)備輕松放入口袋。

醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域——傳統(tǒng)的醫(yī)療設(shè)備通常笨重且不便攜帶，影響了患者的活動(dòng)范圍和舒適度。柔性電池可以使醫(yī)療器械變得更加輕盈靈活。例如，可穿戴式心電圖、柔性藥物輸送器、可彎曲的內(nèi)窺鏡等設(shè)備可以更好適應(yīng)患者的身體曲線和活動(dòng)需求，減少不必要的不適感，提高治療效果。

電子標(biāo)簽領(lǐng)域——通過納米材料、印刷電子生產(chǎn)等新技術(shù)，一塊郵票大小的“薄片”即可為低功率電子用品提供相當(dāng)長時(shí)間的電力支持。這種柔性薄膜電池應(yīng)用于電子標(biāo)簽后，可使監(jiān)控安防、射頻識別、冷鏈物流、倉儲(chǔ)管理等場景更加智能化。

航天工程領(lǐng)域——在中國空間站天和核心艙發(fā)射任務(wù)中，天和核心艙首次采用了大面積可展收柔性太陽電池翼作為航天器的能量來源。與傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽電池相比，柔性翼體積小、展開面積大、功率重復(fù)比高，在滿足艙內(nèi)所有設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，還可以充分保障航天員在空間站中的日常生活。

科技發(fā)展日新月異，柔性電池的應(yīng)用場景還將不斷增多。隨著研究人員不斷完善設(shè)計(jì)并克服挑戰(zhàn)，柔性電池成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?，只是時(shí)間問題。

戰(zhàn)力可觀

柔性電池，除了將廣泛應(yīng)用于智能穿戴、醫(yī)療健康等民用領(lǐng)域外，其在國防軍事領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景也不容小覷。

單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的重要電源。柔性電池不僅能為戰(zhàn)場上的單兵電子設(shè)備提供持久穩(wěn)定電力，還可大大減輕單兵負(fù)重，增強(qiáng)單兵作戰(zhàn)的靈活性和機(jī)動(dòng)性，為未來單兵裝備的電源選擇提供最優(yōu)解。英國“維圖斯”士兵系統(tǒng)將柔性電池集成到了可穿戴的作戰(zhàn)背心和腰帶上，這更加易于攜帶且不會(huì)妨礙士兵行動(dòng)。美軍新一代單兵系統(tǒng)的電源已從單一傳統(tǒng)電池發(fā)展為包含柔性電池、便攜式自發(fā)電、貼合人體能量回收的綜合能源系統(tǒng)，能夠有效延長士兵攜帶傳感器、電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的續(xù)航力。

無人飛行器的“能源新寵”。在近年來的幾場局部戰(zhàn)爭中，無人機(jī)表現(xiàn)搶眼。但很多采用傳統(tǒng)電池維持動(dòng)力的小型無人機(jī)，存在續(xù)航能力差的短板。如果想要持續(xù)提高無人機(jī)的戰(zhàn)斗性能，必須解決電池的能效問題。能量密度更高、重量更輕、攜帶更方便的柔性電池，顯然是個(gè)不錯(cuò)的選擇。一旦技術(shù)成熟，這將大幅提升無人機(jī)執(zhí)行遠(yuǎn)程偵察和監(jiān)視任務(wù)時(shí)的作戰(zhàn)效能。

在軍事后勤領(lǐng)域亦大有可為。柔性電池可以集成在夾克、手套、鞋襪等衣物里實(shí)現(xiàn)內(nèi)置加熱，不僅可以有效增強(qiáng)士兵手、腳、膝蓋等部位的保暖防護(hù)，還將使防寒衣物更加輕便。這對在高原高寒地域執(zhí)行任務(wù)的士兵來說意義重大。此外，美國研究人員還以柔性電池技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了一款電子“創(chuàng)可貼”。這種新型可拉伸無線生物電子系統(tǒng)，可用于監(jiān)測慢性感染傷口，并通過傷口部位的電刺激和藥物治療促進(jìn)傷口愈合，可有效提升戰(zhàn)傷救護(hù)效能。

一個(gè)屬于柔性電池的智能化時(shí)代，正在加速向我們走來。目前，和柔性電池相關(guān)的柔性顯示屏、柔性傳感器、柔性超級電容器等技術(shù)都取得了重大進(jìn)展，更多關(guān)于柔性電池的研究方興未艾，讓我們拭目以待。

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