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成会明院士/徐晓敏等《自然·通讯》:超柔性能量收集-储存系统助力可穿戴技术发展

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2024-08-06 07:41
    

主要观点总结

该工作研究了柔性电子在可穿戴技术领域的进展,特别是超柔性器件的应用。文章介绍了柔性能量收集和存储一体化系统(FEHSS)的开发,及其在可穿戴设备中的应用。文章详细描述了超柔性有机光伏(OPV)和超薄锌离子电池(ZIB)的集成技术,以及FEHSS的结构、性能和表征。该工作展示了高效的超柔性能量收集和存储一体化系统,可以轻松无感地集成在人体和织物上用作通用电源,将有力推进可穿戴设备和技术的发展。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

柔性电子在可穿戴技术领域引起了一场范式转变,薄型、可拉伸的穿戴式传感器件已经取得了显著进展。

关键观点2: 超柔性器件的特点

超柔性器件具备与人体皮肤共形贴附、无缝集成的能力,提供了更准确的数据采集能力和更高的用户舒适度。

关键观点3: 可穿戴技术的发展瓶颈

可穿戴技术的发展高度依赖于柔性能源器件的发展,但目前大多数商业可穿戴设备仍依赖于硬质的纽扣电池或可充电电池,这大大增加了系统的整体刚性,限制了其机械顺应性,且常常需要频繁充电或更换。

关键观点4: FEHSS的挑战和进展

开发高性能FEHSS面临的挑战包括确保不同组件间的机械性能、光电及电学性能匹配及优化,实现高功率输出和长期稳定运行,以及改善器件单元之间的接口有效性,确保人体长期佩戴的舒适性。集成型的FEHSS在该领域展示了早期的成功。

关键观点5: 超柔性OPV和超薄ZIB的研究成果

超柔性有机光伏(OPV)器件采用了PM6:O-IDTBR:Y6三元共混体系,实现了高效能量转换。超薄锌离子电池(ZIB)的开发基于冷层压法,创新开发了10微米厚度的超薄聚乙烯醇-氧化石墨烯(PVA-GO)水凝胶电解质。FEHSS由超柔性OPV组件与超薄ZIB并联,展示了优异的机械顺应性和能量存储性能。

关键观点6: FEHSS的性能和应用

FEHSS在自然环境下存放两周,总效率仍维持在初始值80%以上,具备优异的力学柔性和稳定性。该工作开发的FEHSS可以在自然环境下驱动多种电子设备,如柔性心电电极和柔性印刷电路板,并通过蓝牙模块实时传输心电图信号至手机终端。此外,它还可以为智能手机和智能手表充电,具有解决特殊情况下的电量耗尽问题的潜力。


文章预览

柔性电子在可穿戴技术领域引起了一场范式转变。近年来,薄型、可拉伸的穿戴式传感器件已取得了显著进展。特别是超柔性器件,由于其具备与人体皮肤共形贴附、无缝集成的能力,提供了更准确的数据采集能力和更高的用户舒适度,获得了广泛关注。 可穿戴技术的发展高度依赖于柔性能源器件的发展,这些器件应提供高效率、耐用性和持续的电力输出,并且能够轻松集成。目前,大多数商业可穿戴设备仍依赖于硬质的纽扣电池或可充电电池作为电源。这些电源大大增加了系统的整体刚性,限制了其机械顺应性,且常常需要频繁充电或更换。 为解决上述问题,迫切需要开发一种柔性的能量收集和存储一体化系统(FEHSS)。然而,开发高性能FEHSS面临的挑战是多方面的,包括确保不同组件间的机械性能、光电及电学性能匹配及优化,以实现高功率 ………………………………

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