電鰻有獨(dú)特的放電能力，能產(chǎn)生足以將人擊昏的電流，有“水中高壓線”之稱。而濃差電池的總反應(yīng)過程是電池體系中存在物質(zhì)濃度梯度，通過物質(zhì)的濃差擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)電能輸出。

濃差電池由正極、負(fù)極和電解液組成，分為電極濃差電池和電解質(zhì)濃差電池，前者是由電極本身活性物質(zhì)濃度差別引起電勢差，后者是由電池中電解質(zhì)濃度差異引起電極電勢差異，因此濃差電池電極電勢的大小與電解質(zhì)溶液濃度有關(guān)。

濃差電池的總反應(yīng)過程是單質(zhì)或離子等一種物質(zhì)從高濃度狀態(tài)向低濃度狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過程?，F(xiàn)實(shí)生活中，海水鹽產(chǎn)能發(fā)電是最典型的應(yīng)用代表。據(jù)報(bào)道，全世界海水鹽差的能量資源高達(dá)30億千瓦。為充分開發(fā)利用這種能量，科學(xué)家利用濃差電池原理，在離子交換膜間隔的兩個(gè)容器中分別裝入海水和江河水并分別插入電極，從而搭建出一個(gè)簡單的電解質(zhì)濃差電池。海水中高濃度的鈉離子或氯離子可自由擴(kuò)散到低濃度江河水中，只要海水和江河水的鹽濃度不相同，兩者的電勢就一直存在，即可持續(xù)發(fā)電。

制造濃差電池的關(guān)鍵之一在于濃度梯度的構(gòu)建，離子梯度越大，產(chǎn)生的電壓越大。實(shí)際上，濃度梯度普遍存在于自然界生物體中，其中電鰻無疑是完美利用離子濃度梯度放電的典型代表。其體內(nèi)排列著6000至1萬枚肌肉薄片，薄片間被結(jié)締組織間隔，且有許多神經(jīng)直通中樞神經(jīng)系統(tǒng)，每枚肌肉薄片就是一個(gè)發(fā)電細(xì)胞，也就是一個(gè)微型濃差電池。

早在2017年，就有研究者首次通過模仿電鰻設(shè)計(jì)了一種四聚體凝膠電池，一個(gè)電池平均可以產(chǎn)生約0.18伏電壓。但這種凝膠電池制備過程煩瑣，電池組分復(fù)雜，限制了后續(xù)擴(kuò)展利用。

在此基礎(chǔ)上，某科研團(tuán)隊(duì)結(jié)合電鰻放電原理和傳統(tǒng)濃差電池基礎(chǔ)理論，設(shè)計(jì)了一種新型的簡單、柔性、安全、易規(guī)模集成的濃差電池，產(chǎn)生的電壓值接近發(fā)電細(xì)胞發(fā)電能力的4倍。

盡管這種濃差電池已遠(yuǎn)超電鰻發(fā)電細(xì)胞的放電能力，但仍面臨一個(gè)難題——電池的規(guī)模集成，這是濃差電池能落地應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，團(tuán)隊(duì)模仿電鰻電細(xì)胞的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過水平堆疊方法實(shí)現(xiàn)了濃差電池的串聯(lián)設(shè)計(jì)，電壓數(shù)值可隨串聯(lián)數(shù)目的增加穩(wěn)定增長，126個(gè)電池單體連接可產(chǎn)生高達(dá)60伏的電壓。同時(shí)，受折紙藝術(shù)啟發(fā)，他們通過特殊的Miura-ori策略將56個(gè)電池單體整合在一張紙上，形成可折疊的3D電池，可瞬間產(chǎn)生22伏左右的電壓。集成的濃差電池可為電子設(shè)備供電，證明其具有實(shí)際應(yīng)用潛力。