受电鳗生物学原理启发，美国宾夕法尼亚州立大学的研究团队近期在柔性电源领域取得进展。该团队开发出一种新型水凝胶电池，其设计模拟了电鳗发电细胞的离子过程。这项研究旨在为植入式医疗设备、软体机器人等应用提供兼具高功率、柔韧性和生物相容性的电源解决方案，相关成果已发表在《先进科学》杂志上。

该论文的通讯作者、机械工程系助理教授约瑟夫·纳杰姆指出，尽管此前已有基于电鱼生物学原理的柔性电源研究，但此类器件往往存在功率输出有限或需额外机械支撑的问题。为解决这些限制，研究团队聚焦于开发无需支撑结构且能输出更高功率的超薄水凝胶材料。纳杰姆说：“电鳗体内的电细胞是超薄的生物细胞，能够在短时间内产生超过600伏的电压。这些细胞具有非常高的功率密度，意味着它们可以从很小的体积中产生大量的能量。”

为实现这一目标，研究团队采用旋涂技术，将四种不同的水凝胶混合物逐层沉积，每层厚度仅为20微米。论文共同第一作者、博士生多尔·蒂林格表示：“我们发现，使用薄水凝胶可以自然地降低材料的内阻，从而提高我们能够输出的功率密度。”这种超薄结构的设计思路，正是借鉴了电鳗发电细胞的高效物理形态。

材料配方的优化是制备高性能超薄水凝胶的关键。另一位共同第一作者、博士生李元培(音译)解释了团队的研发过程：“我们必须仔细调整化学混合物的配比，才能使水凝胶在旋涂过程中均匀铺展，保持机械稳定性，并且足够薄以维持低电阻。”经过优化的水凝胶电源表现出约44 kW/m³的功率密度，并能在低至-80°C的极端温度下正常工作，同时在空气中能保持数日的水合状态，避免了快速脱水失活的问题。

纳杰姆总结道：“据我们所知，这是首个完全包含在水凝胶溶液中且无需外部支撑的电源。我们目前还没有发现其他任何水凝胶技术能够在保持柔韧性和环境稳定性的同时，实现如此高的功率密度。”未来，研究团队计划进一步提升这种水凝胶电池的功率密度和充电效率，并探索其自充电的可能性。

更多信息：作者：Dor Tillinger等人，不同：《受电鱼启发的薄水凝胶电细胞实现高功率密度和环境鲁棒性》，发布于：《先进科学》(2025)。期刊信息：先进科学