科學家研發一款能夠利用汗液收集能量的超級電容器

近年來，可穿戴電子產品正經歷著從剛性、笨重、非規整的設備向小型化、柔性化以及可伸縮轉變。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瓶頸。研究者們從各種途徑獲取和存儲能量，如人體運動能量、汗水、陽光、空氣等。可穿戴生物燃料電池（BFCs）通過酶電化學反應將人體汗液中的化學能轉化為電能，被認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鍵缺點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或太陽能轉換進行自我充電的電容器。基于人體汗液的BSCs在可穿戴設備中有很大的應用前景。

基于上述背景，格勒諾布爾－阿爾卑斯大學與UCSD大學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功能結合在同一印刷陽極和陰極上，滿足皮膚可穿戴設備的柔軟性、延展性和可伸縮性要求，同時降低了系統的復雜性，并最小化了設備占用空間。通過高效的島橋結構的平面電極設計和耐應變油墨的使用，實現了穩定、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構：在活性電極島的底部印刷非彈性主干層，用于機械支持；金屬銀互相連接，被印刷成蛇形圖案作為橋。當設備變形時，電極區域的應力分布到周圍的柔性區域，從而確保有吸引力的機械彈性。

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行穩定性：每30s施加一個10 ms·mA/cm2電流脈沖，可以持續1 h，在超過120個循環中沒有觀察到明顯的性能下降。（來源：高分子科學前沿）