新的可充电锌电池可以为机器人供应相比于普通电池72倍的能量

尼古拉斯·科托夫(NicholasKotov)实验室的研究人员开发了一种新的可充电锌电池，这种电池集成到机器人的结构中，可以提供更多的能量。

电池膜是一种基于软骨的纳米材料，使用可回收的凯夫拉尔纤维。

膜的设计是基于30年的工作经验，比如膜的性质是如何工作的以及如何重建材料,适合大规模生产。

这种增加容量的方法将特别重要，因为机器人缩小到微型和低于规模的规模，目前的独立电池太大，效率太低。

JosephB.和FlorenceV.Cejka的工程学教授NicholasKotov领导了这项研究，他说:“机器人设计受到电池需求的限制，电池通常占据机器人内部20%以上的可用空间，或占机器人重量的类似比例。”

从送货无人机、自行车道外卖机器人到机器人护士和仓库机器人，移动机器人的应用正在爆炸式增长。在微观方面，研究人员正在探索能够自我组装成更大设备的群体机器人。多功能结构电池有潜力释放空间和减轻重量，但到目前为止，它们只能补充主电池。

就能量密度而言，没有任何一种结构电池能与当今最先进的锂电池相媲美。为了实现这一目标，我们在10个不同的措施上改进了我们先前版本的结构锌电池，其中一些措施的性能甚至要强100倍，Kotov解释说。

他说，能量密度和廉价材料的结合，意味着电池可能已经使送货机器人的航程增加一倍。

然而，这不是极限。据我们估计，与只有一块锂离子电池相比，如果外形换成锌电池，机器人的电能容量将增加72倍。

这种新型电池的工作原理是通过电解质膜让氢离子在锌电极和空气之间流动。这种薄膜部分是由芳纶纳米纤维(在凯夫拉尔背心中发现的碳基纤维)和一种新型水基聚合物凝胶组成的网络。凝胶帮助在电极之间穿梭氢氧根离子。

这种电池由廉价、丰富且基本上无毒的材料制成，比目前使用的电池更环保。凝胶和芳纶纳米纤维不会在电池损坏时着火，不像锂离子电池中的易燃电解质。芳纶纳米纤维可以从退役的防弹衣中升级再利用。

为了演示他们的电池，研究人员试验了普通大小的蠕虫和蝎子形状的微型玩具机器人。研究小组用锌空气电池替换了原来的电池。他们把细胞连接到发动机上，然后把它们包裹在令人毛骨悚然的爬行动物的外面。

科托夫实验室生物医学工程博士生艾哈迈德·埃姆雷说，电池可以做双重工作，储存电荷和保护机器人的‘器官’，复制生物体内储存能量的脂肪组织的多功能。

锌电池的缺点是，它的高容量可循环使用约100次，而智能手机上的锂离子电池则需要循环使用500次或更多。这是因为锌金属会形成刺突，最终刺穿电极之间的膜。电极之间的强芳纶纳米纤维网络是锌电池相对较长的循环寿命的关键。而且价格低廉且可回收的材料使电池易于更换。

除了电池的化学优势，Kotov说，该设计可以使用密歇根大学开发的图论方法，实现从单一电池到分布式能量存储的转变。