心脏起搏器和其他医疗设备，以及远程无人机和远程传感器，可能需要更少的电池更换新方法。

在过去的几十年里，电池研究主要集中在可充电锂离子电池上，这种电池用于从电动汽车到便携式电子产品的所有领域，并且在可负担性和容量方面有了显着提高。但不可充电电池几乎没有改善，尽管它们在许多重要用途中发挥着至关重要的作用，例如心脏起搏器等植入式医疗设备。

现在，麻省理工学院的研究人员已经设计了一种提高这些不可充电或“初级”电池能量密度的方法。他们说，它可以使使用寿命增加多达50%，或者在给定的功率或能量容量下相应地减小尺寸和重量，同时还可以提高安全性，而成本几乎没有增加。

新发现涉及用对能量输送有活性的材料代替传统的非活性电池电解质，发表在《美国国家科学院院刊》杂志上，麻省理工学院卡瓦诺博士后研究员Haining Gao，研究生Alejandro Sevilla，机械工程副教授Betar Gallant以及麻省理工学院和加州理工学院的其他四人。

Gallant说，更换心脏起搏器或其他医疗植入物中的电池需要外科手术，因此电池寿命的任何增加都可能显着影响患者的生活质量。原电池用于此类基本应用，因为它们可以提供大约三倍于可充电电池的给定尺寸和重量的能量。

高说，这种容量差异使得原电池“对于无法充电或不切实际的应用至关重要”。新材料在人体温度下工作，因此适用于医疗植入物。

除了植入式设备外，随着使电池在较低温度下高效运行的进一步发展，应用还可以在运输跟踪设备中包括传感器，例如确保在整个运输过程中正确保持食品或药品运输的温度和湿度要求。或者，它们可能用于需要长时间准备部署的遥控空中或水下航行器。

心脏起搏器电池通常可以使用 10 到 40 年，如果需要除颤等高压功能，则甚至更短。然而，对于这种电池，高说，这项技术被认为是成熟的，“在过去的<>年里，在基本的电池化学方面没有任何重大创新。

该团队创新的关键是一种新型电解质 - 位于电池的两个电极，阴极和阳极之间的材料，并允许电荷载流子从一侧通过到另一侧。使用一种新的液体氟化化合物，研究小组发现他们可以将阴极和电解质的一些功能结合在一个称为阴极电解液的化合物中。这允许节省典型原电池的大部分重量，Gao说。

虽然除了这种新化合物之外，还有其他材料理论上可以在高容量电池中发挥类似的阴极作用，但Gallant解释说，这些材料的固有电压较低，与传统起搏器电池中其余材料的电压不匹配，这种类型称为CF。x.由于电池的总输出不能超过两种电极材料中较小的一种，因此由于电压不匹配，额外的容量将被浪费。但是对于这种新材料，“我们的氟化液体的一个关键优点是它们的电压与CF的电压非常一致。x，加兰特说。

在传统的 CF 中x电池，液体电解质是必不可少的，因为它允许带电粒子从一个电极通过另一个电极。但是“这些电解质实际上在化学上是不活跃的，所以它们基本上是自重的，”高说。这意味着大约50%的电池关键部件，主要是电解质，是非活性材料。但在氟化阴极材料的新设计中，自重量可以减少到约20%，她说。

Gallant说，与其他类型的使用有毒和腐蚀性阴极材料的拟议化学物质相比，新细胞还提供了安全性改进，而它们的配方则没有。她说，初步测试表明，原电池的保质期超过一年，这是原电池的一个重要特征。

到目前为止，该团队尚未通过实验实现其分析预测的能量密度提高50%。Gallant说，他们已经展示了20%的改进，这本身对于某些应用程序来说就是一个重要的收益。电池本身的设计尚未完全优化，但研究人员可以根据活性材料本身的性能来预测电池性能。“我们可以看到，当它扩大规模时，预计的细胞水平性能可以达到CF高出约50%。x细胞，“她说。通过实验达到这个水平是团队的下一个目标。

塞维利亚是机械工程系的博士生，他将在来年专注于这项工作。“我被带到这个项目中，试图了解为什么我们无法达到尽可能高的能量密度的一些局限性，”他说。“我的角色一直是试图填补理解潜在反应方面的空白。

Gao说，这种新材料的一大优势是，它可以很容易地集成到现有的电池制造工艺中，只需简单地用一种材料代替另一种材料。与制造商的初步讨论证实了这种潜在的简单替代，高说。她说，用于其他目的的基本起始材料已经扩大了生产规模，其价格与目前用于CF的材料相当。x电池。她说，使用新材料的电池成本也可能与现有电池相当。该团队已经申请了阴极电解质的专利，他们预计这些医疗应用很可能是第一个商业化的应用，也许在大约一年内就可以在实际设备中进行测试。

研究人员说，在更远的道路上，其他应用也可能利用新材料，例如可以远程读取的智能水表或燃气表，或EZPass应答器等设备，从而延长其使用寿命。无人机或海底车辆的动力需要更高的功率，因此可能需要更长的时间来开发。其他用途可能包括用于偏远地点的设备电池，例如石油和天然气钻机，包括送入井中以监测条件的设备。