新设计的形状像书脊，无论弯曲或扭曲如何，都具有出色的灵活性，高能量密度和稳定的电压
柔性和可穿戴电子产品的趋势正在迅速上升。智能手表，智能玻璃，传感器和柔性显示器（例如智能手机，平板电脑和电视等）。为此，对高性能柔性电池的需求也在增加。到目前为止，研究人员在锂离子电池获得灵活性和高能量密度方面都面临着问题。
袁扬哥伦比亚大学应用物理与数学系材料科学与工程学助理教授及其团队开发了能够应对这些挑战的原型。 Yuan Team塑造了他们的柔性电池原型，就像人的脊柱一样，它具有惊人的柔性和高能量密度，并且即使电压如何扭曲也可以提供稳定的电压。
“我们原型的能量密度是迄今为止报道的最高能量之一，”杨说。 “我们已经开发出一种简单且可扩展的方法来制造具有出色的电化学和机械性能的类似脊柱状的柔性锂离子电池。我们的设计非常适合作为第一代灵活的商用锂离子电池。我们现在正在优化设计并提高其性能。”
Yuan团队在健身房锻炼时受到脊椎柔顺运动的启发。人体脊柱具有很高的柔韧性和机械强度。 Yuan使用脊柱模型以相同的设计构造电池。原型具有宽阔而坚固的部分，能够通过围绕将电极连接在一起的细长柔性部分缠绕电极来存储能量。按照人体脊柱设计，电极代表“椎骨”，柔性部分代表“骨髓”。
“由于刚性电极部分的体积明显大于柔性互连，因此这种柔性电池的能量密度可以超过标准商业包装中电池的85％，” Yang解释说。 “由于活性物质在整个结构中所占的比例很高，因此我们的脊柱状电池显示出很高的能量密度，比我们所知的任何其他报告都高。由于采用了合理的生物启发设计，该电池还成功地经受了苛刻的动态机械负载测试。”
Yuan的团队将阳极/隔板/阴极/隔板分成长条，其中多个“分支”从“主干”延伸90度。然后，它们将每个分支缠绕在主干周围，形成厚厚的堆栈，用于存储能量，例如脊椎中的椎骨。由于具有这种独特的设计，与设备的整个长度相比，电池的能量密度仅受椎骨状电池组的纵向百分比的限制，后者很容易达到90％以上。
通过循环测试原型，他们发现了稳定的电压轮廓，证实了原型的机械稳定性。即使在放电后，它们也可以弯曲和扭曲，但设计是完美的，不会影响电压轮廓。通过将电池放到较高的电流密度下进行测试，容量保持率也很高（在3C下为84％，在1/3小时内充满电）。原型还通过了动态机械载荷测试。
“与传统设计相比，我们的脊柱式设计在机械上要坚固得多，” Yang说。“我们预计，以生物为灵感，可扩展的方法来制造柔性锂离子电池可以极大地推动柔性设备的商业化。”