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    科學(xué)家研發(fā)一款能夠利用汗液收集能量的超級電容器

    2021-11-21 11:08:55
    中國纖檢 2021年8期
    關(guān)鍵詞:高功率汗液電容器

    近年來,可穿戴電子產(chǎn)品正經(jīng)歷著從剛性、笨重、非規(guī)整的設(shè)備向小型化、柔性化以及可伸縮轉(zhuǎn)變。然而,其長期可提供足夠電力的“能源站”的小型化是主要的技術(shù)瓶頸。研究者們從各種途徑獲取和存儲能量,如人體運(yùn)動能量、汗水、陽光、空氣等??纱┐魃锶剂想姵兀˙FCs)通過酶電化學(xué)反應(yīng)將人體汗液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,被認(rèn)為是一種很有潛力的解決方案。但是,這種基于汗液的能量收集器的一個關(guān)鍵缺點(diǎn)是需要人體汗液和氧化劑中不斷提供燃料。自充電生物超級電容器(BSCs)是一種能夠儲存能量并通過化學(xué)或太陽能轉(zhuǎn)換進(jìn)行自我充電的電容器?;谌梭w汗液的BSCs在可穿戴設(shè)備中有很大的應(yīng)用前景。

    基于上述背景,格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)與UCSD大學(xué)合作研究了第一個全打印、雙功能、可伸縮、可穿戴的超級電容器,用于收集和存儲汗液中的能量,同時保持與人體皮膚的密切接觸。這款可穿戴混合設(shè)備兼具BFC和SC功能,已被證明能夠提供高功率脈沖,并通過人體汗液中的乳酸生物燃料的酶氧化快速自我充電。

    研究者使用耐壓油墨,將BFC和SC功能結(jié)合在同一印刷陽極和陰極上,滿足皮膚可穿戴設(shè)備的柔軟性、延展性和可伸縮性要求,同時降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性,并最小化了設(shè)備占用空間。通過高效的島橋結(jié)構(gòu)的平面電極設(shè)計(jì)和耐應(yīng)變油墨的使用,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、保形、可伸縮的能量收集-存儲雙功能器件。在軟硅橡膠基板上制作島橋結(jié)構(gòu):在活性電極島的底部印刷非彈性主干層,用于機(jī)械支持;金屬銀互相連接,被印刷成蛇形圖案作為橋。當(dāng)設(shè)備變形時,電極區(qū)域的應(yīng)力分布到周圍的柔性區(qū)域,從而確保有吸引力的機(jī)械彈性。

    將該自充電混合裝置安裝在人體手臂上,可獲得0.343 mW/cm2的高功率,且具有較好的長期運(yùn)行穩(wěn)定性:每30s施加一個10 ms·mA/cm2電流脈沖,可以持續(xù)1 h,在超過120個循環(huán)中沒有觀察到明顯的性能下降。(來源:高分子科學(xué)前沿)

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