電鰻放電器官啟發(fā)的新型電池應(yīng)用，電鰻電池在新能源車中的應(yīng)用

摘要：，電鰻以其非凡的放電能力聞名，這一特性不僅用于捕食獵物，還被科學(xué)家探索用于開發(fā)新型電池。本文綜述了電鰻放電器官的生物化學(xué)機(jī)制，并探討了如何利用這些機(jī)制來(lái)設(shè)計(jì)高效的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。介紹了電鰻的生理結(jié)構(gòu)及其放電過(guò)程。隨后，討論了電鰻放電過(guò)程中產(chǎn)生的高能化合物如氫過(guò)氧化物和次氯酸根離子，這些物質(zhì)在電池領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。概述了當(dāng)前研究進(jìn)展以及未來(lái)可能的研究方向，包括提高電池的能量密度、穩(wěn)定性和安全性。

一、在醫(yī)療植入式設(shè)備中的應(yīng)用

• 為微型設(shè)備供電
  • 牛津大學(xué)研究人員受電鰻發(fā)電啟發(fā)開發(fā)的新型水凝膠液滴電池，可用于為集成到人體組織中的微型設(shè)備供電。這種電池通過(guò)水凝膠液滴之間的離子梯度來(lái)產(chǎn)生能量，并且具有生物相容性，可以作為生物離子電流源來(lái)調(diào)節(jié)三維神經(jīng)微組織和離體小鼠腦切片中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，未來(lái)可能會(huì)集成到生物體中。
• 為植入式儀器提供電動(dòng)力
  • 弗里堡大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)和密西根大學(xué)的研究小組制作出的仿電鰻生物電池，具有柔軟易彎曲和生物相容的特性，非常適合為心臟起搏器、植入式傳感器、假肢器官等植入式儀器提供電動(dòng)力。這種電池可以放出超過(guò)100V的電壓，通過(guò)3D打印技術(shù)，利用不同特性的水凝膠構(gòu)建電池結(jié)構(gòu)，當(dāng)上下兩層水凝膠相互接觸時(shí)，正離子和負(fù)離子經(jīng)由特定通道朝著相反方向流動(dòng)，形成電流，不過(guò)目前該技術(shù)還不夠成熟，只能驅(qū)動(dòng)像手表這類低能耗電器，能否應(yīng)用于植入式生物儀器還需要長(zhǎng)時(shí)間研究和實(shí)驗(yàn)。

二、在能源相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

• 濃差電池的創(chuàng)新與發(fā)展
  • 中南大學(xué)紀(jì)效波團(tuán)隊(duì)受電鰻放電原理啟發(fā)，設(shè)計(jì)出新型濃差電池。濃差電池是利用電池體系中物質(zhì)濃度梯度，通過(guò)物質(zhì)的濃差擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)電能輸出的電池。團(tuán)隊(duì)將兩種水凝膠堆疊組成梯形“發(fā)電層”，打造出電鰻型雙離子梯度電池。該電池產(chǎn)生的電壓值接近發(fā)電細(xì)胞發(fā)電能力的4倍，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化使?jié)獠铍姵亻_路電壓達(dá)到0.54伏并穩(wěn)定維持了約兩小時(shí)。這種電池為新型儲(chǔ)能裝置的設(shè)計(jì)與制造提供了新的思路，對(duì)解決傳統(tǒng)儲(chǔ)能電池如鋰離子電池面臨的金屬資源有限與安全隱患等問(wèn)題有一定的探索意義，在新能源汽車、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子等領(lǐng)域可能有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
  • 為了實(shí)現(xiàn)濃差電池的規(guī)模集成（這是濃差電池落地應(yīng)用的關(guān)鍵），團(tuán)隊(duì)模仿電鰻電細(xì)胞的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過(guò)水平堆疊方法實(shí)現(xiàn)了濃差電池的串聯(lián)設(shè)計(jì)，126個(gè)電池單體連接可產(chǎn)生高達(dá)60伏的電壓。同時(shí)受折紙藝術(shù)啟發(fā)，通過(guò)特殊策略將56個(gè)電池單體整合在一張紙上，形成可折疊的3D電池，可瞬間產(chǎn)生22伏左右的電壓，這是對(duì)傳統(tǒng)濃差電池概念的創(chuàng)新，也是仿生學(xué)應(yīng)用的實(shí)例。

電鰻電池在生物醫(yī)學(xué)中的前景

電鰻電池技術(shù)的最新突破

電鰻電池與傳統(tǒng)電池比較

電鰻電池在新能源車的應(yīng)用