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为可穿戴技术开发的可拉伸汗液动力电池

浏览:出处:剑客网2021-08-17 10:55

  剑客网8月17日消息 据外媒报道 来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家开发出一种柔软且可拉伸的电池,由人体汗液提供动力。

  原型电池由印刷的银片电极组成,可在汗水存在的情况下发电。电池尺寸为 2 厘米 x 2 厘米,像小纸绷带一样平坦,贴在柔软且吸汗的纺织品上,该纺织品可拉伸并可连接到可穿戴设备,如手表、腕带或臂带。

  为了证明当它被纳入可穿戴生物传感器和其他电子设备时的潜在用途,科学家团队用人造人体汗液测试了他们的设备。

  在另一项试验中,该团队报告称,将电池戴在手腕上并骑固定自行车 30 分钟的人能够产生 4.2 V 的电压和3.9 mW 的输出功率,足以为商用温度传感器供电设备并通过蓝牙将数据连续发送到智能手机。

  与传统电池不同,该电池不含重金属或有毒化学物质,传统电池通常使用对环境有害的不可持续材料制成。

  作为可以减少有害电子废物的更可持续的替代方案,汗液动力电池的开发反映了南大致力于寻找解决方案以减轻我们对环境的影响。这是南大在南大 2025 战略计划下寻求解决的人类四大挑战之一。

  领导这项研究的南大研究生院院长、材料科学家 Lee Pooi See 教授说:“我们的技术预示着可穿戴设备设计中前所未有的里程碑。通过利用无处不在的产品,汗水,我们可以看到一种不依赖传统电池的更环保的可穿戴设备供电方式。它是我们身体产生的几乎可以保证的能量来源。我们希望电池能够为各种可穿戴设备供电。”

  该研究于 7 月发表在同行评审的科学期刊《科学进展》上。南大的企业和创新公司 NTUitive 也已提交了汗液动力电池的专利申请。

  该研究的共同第一作者、南洋理工大学材料科学与工程学院研究员吕健博士说:“传统电池比以往任何时候都更便宜、更常见,但它们通常使用不可持续的材料制造对环境有害。它们在可穿戴设备中也有潜在危害,其中损坏的电池可能会将有毒液体溅到人体皮肤上。我们的设备可以提供一个真正的机会来完全消除这些有毒材料。”

  没有参与这项研究的加拿大滑铁卢大学电气与计算机工程系副教授 Irene Goldthorpe 强调了南大研究团队所做工作的意义:“众所周知,电子产品不喜欢湿气,因此可穿戴设备通常完全封装以防止汗水。这项工作将汗水从障碍变成了资产,表明它可以提高印刷互连的导电性,甚至可以在可穿戴设备中使用汗水作为电解质, 可弯曲电池。这可能会开启可穿戴电子产品设计的新范式。”

  重新定义电池供电方式

  NTU 制造的电池是通过将含有银片和亲水性聚(氨基甲酸乙酯-丙烯酸酯)(HPUA)的油墨印刷到可拉伸的纺织品上而制成的,这些油墨用作电池电极。

  当银片与汗液接触时,其氯离子和酸度会使银片结块,从而增加其导电能力。这种化学反应还会导致电流在电极之间流动(见视频)。

  当电池材料被拉伸时,其电阻会进一步降低,这意味着它可以在承受压力时使用,例如用户锻炼时。

  由于可拉伸织物的吸水性非常好,因此可以保留大量汗水,因此即使出汗率不一致,电池也能保持供电。这对于持续运作很重要,因为人体分泌的汗液量是可变的,并且取决于汗液所在的身体部位、环境条件和一天中的时间。

  Lee 教授补充说:“我们的设备可能比目前的技术更耐用,因为我们表明它可以承受佩戴者日常活动的压力,以及反复暴露在压力或汗水下。

  “我们电池的纤薄尺寸还解决了可穿戴技术中的两个问题:传统纽扣电池无法实现对消费者有吸引力的时尚美感,而更薄的电池会降低产品携带足够电量以维持一整天的能力.”

  研究人员计划进一步探索人体汗液的其他成分的影响,以及体温等因素如何影响电池的性能。

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