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

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）