设计调整如何帮助起搏器电池延长使用寿命

可充电锂离子电池在电池领域风靡一时，因为它们为从手机到电动汽车等各种设备供电。但自 20 世纪 90 年代商业化推出以来，这种电池越来越受欢迎，而另一种电池的研究却被搁置一边：不可充电电池。这是一个问题，尤其是考虑到有多少设备（如心脏起搏器）依赖它们的功能。麻省理工学院的研究人员希望通过重新关注旧电池系统并尝试通过使用新型电解质来提高其能量容量来弥补这一差距。

麻省理工学院博士后研究员高海宁表示：“我们知道我们需要更高能量密度的电池来延长心脏起搏器等设备的使用寿命。但过去四十年，创新很少。所以我们从这里开始。”

通常，这些不可充电电池（也称为原电池）的能量容量已经高于可充电电池，这意味着它们非常适合医疗植入物等产品，因为这些产品目前还不能轻易充电。但当然，就像所有原电池一样，即使是医疗植入物中的原电池最终也会耗尽电量。

它们通常的工作方式如下。

大多数原电池都含有电解质，您可能在佳得乐等运动饮料中见过这种电解质，而不是电池。但它们是同一种东西。 电解质只是溶解在溶液中时分裂成离子的物质，在我们的身体中，它会传导电荷，使我们的肌肉运动等等。

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在电池中，电解质用于传导带电离子（如锂离子电池中的锂离子或不可充电电池中的氢氧化钾）在正极和负极（分别称为阴极和阳极）之间的移动。电子聚集在阳极，它们在那里相互排斥，并想移动到电子较少的区域，从而沿着电路移动到正极阴极。当灯泡之类的物体放在该电路上时，电子被迫穿过它，然后移动到阳极。但是如果没有电解质介质，这一切都无法实现。而且原电池不会永远工作。

高说，起搏器电池的使用寿命只有 5 到 10 年左右。但为了延长使用寿命，高和她的团队选择了另一种液体材料作为电解质；它实际上是电解质和阴极的组合，他们称之为阴极电解液。高说：“大多数传统电池都使用固体阴极材料。”但在这种情况下，高说，这种材料和电解质（其中很多都是无用的）已被替换，取而代之的是组合阴极和电解质溶液，以提高电池效率。

麻省理工学院机械工程副教授贝塔·加兰特 (Betar Gallant) 表示：“现在我们有更多的电池质量实际上被用于能量转换。”

研究人员的初步分析估计，电池的能量密度可以提高 50%，但到目前为止，他们的研究只实现了 20% 的增幅。不过，高表示，这主要是由于实验室设置的限制，50% 仍然是目标。“我们认为这仍然是可以实现的，”高说。

延长高能原电池的使用寿命在许多无法使用充电电池的场合都大有裨益，而这不仅仅适用于起搏器。“我们还考虑将其应用于无人驾驶汽车、国防应用、货物跟踪和太空探索，”高说。

虽然目前可充电电池因其可持续性而受到青睐，但高表示，延长原电池的使用寿命也可能使它们成为可持续的竞争者。换句话说，随着起搏器使用寿命的增加，起搏器中需要使用的电池数量将减少，从而减少整体电池浪费，并减少所需的电池更换手术次数。

研究人员希望在一到两年内制造出更先进的原型，他们预计这些电池的成本不会比目前的价格高很多。但与此同时，他们希望他们的工作能够强调人们对相对停滞的原电池研究领域重新产生兴趣的必要性。