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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(lái)3到5年內(nèi)對(duì)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。

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(chǎng)。

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

【資料圖】

柔性電池：折疊出未來(lái)世界

以柔克剛

若干年前，人類曾這樣想象著浪漫奇幻的未來(lái)——

手機(jī)可以像手絹一樣折起來(lái)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(lái)已來(lái)，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(lái)，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?！敖┯病薄Ｏ啾戎?，柔性電池主要具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

——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(lái)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(duì)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(guó)研究人員正在競(jìng)相探索用更新的材料和技術(shù)來(lái)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(lái)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(zhǎng)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(lái)，憑借自身特有的“以柔克剛”優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)價(jià)值。隨著市場(chǎng)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(chǎng)景。

消費(fèi)電子領(lǐng)域——未來(lái)，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(lái)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(zhǎng)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(shí)別、冷鏈物流、倉(cāng)儲(chǔ)管理等場(chǎng)景更加智能化。

航天工程領(lǐng)域——在中國(guó)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(yáng)電池翼作為航天器的能量來(lái)源。與傳統(tǒng)剛性、半剛性太陽(yáng)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(chǎng)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(guó)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(chǎng)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(lái)單兵裝備的電源選擇提供最優(yōu)解。英國(guó)“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(zhǎng)士兵攜帶傳感器、電子設(shè)備和通信系統(tǒng)的續(xù)航力。

無(wú)人飛行器的“能源新寵”。在近年來(lái)的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)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(wú)人機(jī)，存在續(xù)航能力差的短板。如果想要持續(xù)提高無(wú)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(wú)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(duì)在高原高寒地域執(zhí)行任務(wù)的士兵來(lái)說(shuō)意義重大。此外，美國(guó)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(wú)線生物電子系統(tǒng)，可用于監(jiān)測(cè)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(lái)。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(jí)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。（■周 韻 程春蕾）

來(lái)源： 中國(guó)軍網(wǎng)-解放軍報(bào)