賓州州立大學的科學家們發展出了一種靈活且高效能的水凝膠電池，靈感來自於電鰻。這一新設計有望為醫療設備、可穿戴電子產品以及柔性機器人提供能量，且不需要有毒材料或剛性支撐。研究團隊將多種水凝膠層疊在一起，包括富含水分的導電材料，這一精確的圖案模仿了電鰻在產生電流時的離子過程。通過優化這些水凝膠的化學性質和幾何形狀，他們實現了比以往報導的水凝膠電池更高的功率密度。
根據機械工程助理教授兼通訊作者 Joseph Najem 的說法，電鰻的電極細胞是超薄的生物細胞，能在短時間內產生超過 600 伏特的電壓。這些細胞的功率密度非常高，意味著它們能夠從小體積中產生大量的能量。早期與電鰻靈感相關的設備只能提供有限的電力，並需要機械支撐來運行。賓州州立大學的研究人員通過將水凝膠的厚度縮減至每層僅 20 微米來解決這一問題，從而允許更多能量的生成而無需外部支撐。
研究團隊利用旋轉塗佈技術，將四種不同的水凝膠混合物沉積在旋轉表面上，實現了超薄且均勻的層。博士生 Dor Tillinger 說道，使用薄水凝膠自然減少了材料的內部電阻，從而提高了我們能夠輸出的功率密度。為了使薄層穩定，團隊調整了水凝膠的化學性質，以維持機械完整性和低電阻。共同第一作者 Wonbae Lee 解釋道，傳統配方在旋轉塗佈過程中會直接飛離旋轉表面。優化我們水凝膠的粘度和機械強度對於實現這一方法至關重要。
這些水凝膠電池保持靈活性、環境穩定性，且無毒。它們能在空氣中保持水分數天，並且可以在極端溫度範圍內運作，從 -112 到 80 華氏度而不會凍結。最終的電源達到約 44 kW/m³ 的功率密度，足以高效驅動植入式傳感器、柔性機器人控制器和可穿戴電子產品。這些設備也不需要任何結構支撐，適合用於生物醫學或接近生物系統的整合。
Najem 表示，電鰻的電極細胞能在短時間內產生超過 600 伏特的電壓，對於生物醫學和接近生物的應用，我們必須確保電池與周圍環境兼容、靈活、安全，並理想上能利用現有資源進行充電。未來的工作將探索更高的功率密度、改進的充電效率和自充電能力。賓州州立大學的其他貢獻者還包括 Derek Hall 和 Haley Tholen，該研究得到了空軍科學研究辦公室的支持，相關成果已發表於《先進科學》雜誌上。
