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  進(jìn)入5G時(shí)代與物聯(lián)網(wǎng)社會(huì)，可穿戴電子產(chǎn)品飛速發(fā)展。然而，輕便耐用的可穿戴設(shè)備需要自身供電能力的支持。在此背景下，UCLA陳俊教授、澳大利亞伍倫貢大學(xué)李維杰研究員、北航宮勇吉教授合作對(duì)柔性鋅離子電池體系進(jìn)行改良，研制了毫米級(jí)纖細(xì)無(wú)線(xiàn)可充電纖維電池，可以編織到智能衣物中，作為可穿戴電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的樞紐。這項(xiàng)工作于2021年12月3日以An Ultrathin Rechargeable Solid-State Zinc Ion Fiber Battery for Electronic Textiles為題，發(fā)表在了Science Advances上，并被選為了封面文章。論文第一作者是UCLA 生物工程系博士生肖瀟。

圖1 鋅離子纖維電池供能的可穿戴電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)登上Science Advances封面

  為了制備這種超薄、纖細(xì)且耐用的電池纖維，研究人員結(jié)合了蒙特卡洛方法與有限元模擬技術(shù)，對(duì)二維材料氧化石墨烯在PVA高分子凝膠體系中的分散情況從分子層面到整體性能進(jìn)行了詳細(xì)而系統(tǒng)的解釋。計(jì)算模擬的結(jié)果同時(shí)也對(duì)材料的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行指導(dǎo)，最終成功制備了具有柔韌、堅(jiān)固和高離子導(dǎo)電性的柔性固態(tài)電解質(zhì)凝膠。

圖2 蒙特卡洛方法與有限元模擬揭示凝膠電解質(zhì)導(dǎo)電原理，指導(dǎo)設(shè)計(jì)與制備

  這種纖細(xì)、耐用且具有高生物相容性的纖維電池能為可穿戴電子設(shè)備的進(jìn)行長(zhǎng)期而有效的供能。據(jù)報(bào)導(dǎo)，該電池可以為包括測(cè)量脈搏、溫度、濕度和壓力信號(hào)的電子設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)久的有效供能。纖維電池的電極采用水凝膠電解質(zhì)制成一個(gè)整體，而不是多個(gè)松散連接的部分，以確保電池即使在拉伸、彎曲和清洗時(shí)也能正常工作。

圖3 鋅離子柔性纖維電池作為能源樞紐為可穿戴設(shè)備進(jìn)行供電

  該柔性電池可以進(jìn)行穩(wěn)定的充放電，在測(cè)試中，電池在1000次充電/充電循環(huán)后仍保持98%的容量（172.2 mAh·g^-1），使其即使在日常使用中也能長(zhǎng)壽命。一根15cm的電池全重僅重1.26克，成本約為4.08元，便于進(jìn)行工藝改良以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abl3742