【儀表網 研發快訊】“讓電池活起來”——這并非科幻設想，而是北京理工大學材料學院陳人杰教授團隊對未來能源系統提出的全新構想。團隊借鑒自然界生命系統數十億年進化形成的能量自主管理機制，于2026年2月在《National Science Review》(影響因子：17.1)上發表題為“Life Cells for future energy systems: adaptation, evolution and exploration”的前瞻性綜述，系統闡述了“生命電池”的設計原理、仿生材料與系統架構，為實現能量從采集、轉化、存儲到利用的全過程一體化調控提供了新思路，推動電池技術向高效、智能與可持續方向演進。該論文的通訊作者為陳人杰教授，第一作者為北京理工大學賴靜寧博士后、張鳳玲博士。
 

　　當前，以鋰離子電池為代表的傳統電池技術正面臨能量密度瓶頸、智能化程度不足及環境安全隱患等多重挑戰，難以完全滿足未來能源系統的復雜需求。如何在提升性能的同時，賦予電池更強的環境適應性、自我管理能力乃至性能“增長”潛能，成為能源存儲領域的重要攻關方向。
 

　　從“靜態儲能”到“內生智能”：生命電池的仿生學破題
 

　　研究團隊從跨學科視角出發，將生物細胞與電化學電池進行并置分析，發現二者在能量獲取、轉化、存儲和使用等功能層面存在著深刻的共性。生物之所以為“生命”，源于其能量代謝、動態調控、環境感知、信息處理及自我演化等多維功能的系統整合。團隊創新提出“生命電池”概念，旨在超越傳統電池的靜態存儲邏輯，實現材料選擇、系統結構與運行機制的“內生生命化”。正如生物系統優先選用豐度高、低毒的元素構建能量循環，生命電池的材料設計也應遵循可持續發展導向；而細胞模塊化的結構與邊界智能調控機制，則啟示生命電池應構建具備響應性、可調節與功能反饋的自組織能量單元。最終，生命電池被定義為一種具備自主能量代謝、動態自我調控、復雜環境適應、信息多維處理及演化潛能升級的內生智能能量系統。這標志著下一代電池正從單純的性能優化，邁向“系統生命化”演進的根本方向。
 

　　三類“生命驅動”模式：向自然學習能量轉化
 

　　在運行機理上，研究團隊系統構建了受自然能量策略啟發的生命電池體系，并將其劃分為三大類：(1)光驅動型：通過模擬光合作用，實現光能到電能的直接轉化與存儲；(2)呼吸驅動型：借鑒細胞呼吸鏈的電子傳遞機制，借助生物或仿生催化劑，高效轉化化學能；(3)化能驅動型：學習極端環境微生物的無機物代謝路徑，在苛刻條件下實現能量的自主獲取。三類系統均遵循“生物原型啟發—人工仿生構建”的雙軌發展路徑，為生命電池在不同場景下的應用提供了多樣化的技術原型。
 

　　材料與系統：構建“類生命體”的能量架構
 

　　生命電池高效運行，依賴于多類功能材料的協同構建：仿生催化材料可降低反應能壘；優化的電子傳輸材料能提升電荷收集效率；具有選擇性與響應性的離子傳輸材料則有助于維持系統動態平衡。此外，光吸收材料、氣體傳輸材料及極端環境耐受材料的引入，進一步拓展了能量捕獲范圍、改善了反應界面傳質，并增強了系統的環境適應性。這些材料集成了自適應調節、抗擾動與功能可塑的“類生命”特性，共同支撐起生命電池的內生智能架構。
 

　　在系統層面，研究進一步借鑒以人體為代表的六大生物系統的功能，構建了集成化的先進生命電池系統：(1)消化系統→多能源輸入模塊：智能整合與調度太陽能、生物質能與化學能；(2)呼吸系統→氧化介導模塊：優化氣體傳輸與反應效率；(3)循環系統→能量-物質傳輸網絡：提升傳質速率與系統可靠性；(4)免疫系統→自修復模塊：實現故障檢測與材料自愈；(5)神經系統→監測反饋模塊：通過分布式傳感與機器學習算法，實時能量流和信息流調控；(6)肌肉系統→柔性動態響應模塊：實現輸出與形態的自適應調整。這些仿生模塊的協同整合，使生命電池系統具備了多能耦合、智能管理、動態適應與自主維護的綜合能力，為其在機器人、電動汽車、航空航天乃至深空探測等復雜場景中的應用奠定了基礎。
 

　　展望未來：從實驗室走向可持續的能源生命體
 

　　生命電池的發展仍面臨從機理、材料到系統的多重挑戰，但也蘊含著變革性的應用前景。機理層面需突破自然氧化還原反應的窗口限制，實現更高效的能量管理；材料優化則需借助仿生催化劑、高效傳輸材料及機器學習輔助的綠色開發策略；系統構建則需借鑒生物多級協調機制，集成智能傳感與大數據分析，實現動態能量分配與自適應運行。在應用方面，生命電池有望推動電子皮膚、軟體機器人及極端環境探測等領域的能源自主化，其自我維持、程序化修復等“類生命”特性，將進一步拓展能量系統的功能邊界。文章也指出，從實驗室走向規模化應用仍需建立涵蓋材料、算法與倫理的統一標準體系，以保障生命電池體系未來健康、有序的發展。
 

　　團隊在吳鋒院士牽頭下，長期面向國家重大能源需求開展二次電池研究。自20世紀90年代起，團隊持續推進鎳氫電池關鍵技術研發，隨后在鋰離子電池及多電子高比能二次電池新體系方面形成了系統布局與特色積累。近年來，團隊進一步圍繞智能電池、結構電池、綠色電池、仿生電池及極端環境特種電源等開展創新研究，在材料設計、界面調控、系統集成與場景拓展方面取得一系列進展，為新一代高安全、高適應性儲能技術發展提供了重要支撐。