尼古拉斯·科托夫(NicholasKotov)實驗室的研究人員開發了一種新的可充電鋅電池，這種電池集成到機器人的結構中，可以提供更多的能量。

電池膜是一種基于軟骨的納米材料，使用可回收的凱夫拉爾纖維。

膜的設計是基于30年的工作經驗，比如膜的性質是如何工作的以及如何重建材料,適合大規模生產。

這種增加容量的方法將特別重要，因為機器人縮小到微型和低于規模的規模，目前的獨立電池太大，效率太低。

JosephB.和FlorenceV.Cejka的工程學教授NicholasKotov領導了這項研究，他說:“機器人設計受到電池需求的限制，電池通常占據機器人內部20%以上的可用空間，或占機器人重量的類似比例。”

從送貨無人機、自行車道外賣機器人到機器人護士和倉庫機器人，移動機器人的應用正在爆炸式增長。在微觀方面，研究人員正在探索能夠自我組裝成更大設備的群體機器人。多功能結構電池有潛力釋放空間和減輕重量，但到目前為止，它們只能補充主電池。

就能量密度而言，沒有任何一種結構電池能與當今最先進的鋰電池相媲美。為了實現這一目標，我們在10個不同的措施上改進了我們先前版本的結構鋅電池，其中一些措施的性能甚至要強100倍，Kotov解釋說。

他說，能量密度和廉價材料的結合，意味著電池可能已經使送貨機器人的航程增加一倍。

然而，這不是極限。據我們估計，與只有一塊鋰離子電池相比，如果外形換成鋅電池，機器人的電能容量將增加72倍。

這種新型電池的工作原理是通過電解質膜讓氫離子在鋅電極和空氣之間流動。這種薄膜部分是由芳綸納米纖維(在凱夫拉爾背心中發現的碳基纖維)和一種新型水基聚合物凝膠組成的網絡。凝膠幫助在電極之間穿梭氫氧根離子。

這種電池由廉價、豐富且基本上無毒的材料制成，比目前使用的電池更環保。凝膠和芳綸納米纖維不會在電池損壞時著火，不像鋰離子電池中的易燃電解質。芳綸納米纖維可以從退役的防彈衣中升級再利用。

為了演示他們的電池，研究人員試驗了普通大小的蠕蟲和蝎子形狀的微型玩具機器人。研究小組用鋅空氣電池替換了原來的電池。他們把細胞連接到發動機上，然后把它們包裹在令人毛骨悚然的爬行動物的外面。

科托夫實驗室生物醫學工程博士生艾哈邁德·埃姆雷說，電池可以做雙重工作，儲存電荷和保護機器人的‘器官’，復制生物體內儲存能量的脂肪組織的多功能。

鋅電池的缺點是，它的高容量可循環使用約100次，而智能手機上的鋰離子電池則需要循環使用500次或更多。這是因為鋅金屬會形成刺突，最終刺穿電極之間的膜。電極之間的強芳綸納米纖維網絡是鋅電池相對較長的循環壽命的關鍵。而且價格低廉且可回收的材料使電池易于更換。

除了電池的化學優勢，Kotov說，該設計可以使用密歇根大學開發的圖論方法，實現從單一電池到分布式能量存儲的轉變。