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?西工大馬越ACS Nano：多功能健康監測電子設備的水凝膠電解質用于柔性鋅離子電池

大多數柔性傳感器依賴于復雜的電路設計和外部電源，從而限制了智能電子的集成度和小型化。因此，環境適應性電池的結構設計是制備能夠進行時間分辨、長期信號監測的可穿戴電子產品的基礎。

在此，西北工業大學馬越團隊提出了一種一體策略即利用水凝膠作為離子導電介質用于柔性水系鋅離子電池和可穿戴應變傳感器。具體而言，聚(乙烯醇)水凝膠網絡將納米SiO₂和纖維素納米纖維(簡稱PSC)納入乙二醇/水混合溶劑中，在?20℃下平衡了機械性能(抗拉強度為6 MPa)和離子擴散率。

基于此，Zn∥PSC∥V₂O₅在寬溫度范圍內(- 20 ~ 80℃)具有強大的可循環性。此外，該微器件將鋅離子電池與應變傳感器無縫集成，能夠精確監測人體動態運動時的肌肉反應。

圖1. 自供電應變傳感器裝置設計

總之，該工作建立了一種耐高/低溫的水凝膠，其可在具有應變傳感器和電池模塊集成的可穿戴電子產品中實現長期、時間分辨的信號監測。結合機械增強聚合物網絡（納米 SiO₂ 和 CNF 添加劑）和氫鍵網絡重構，PSC 水凝膠表現出增強的機械性能和 -20 °C 下的高離子電導。

結果顯示，該種可穿戴微器件通過調節 Zn²⁺ 傳輸路徑，將耐極端溫度（?20 至 80 °C）、高面積容量的 Zn∥PSC∥V₂O₅電池與應變傳感器無縫集成，解決了動態肌肉運動的監測。此外，借助透射模式原位 X 射線，集成微型器件捕獲了電池運行期間的實時相位演變和同步壓力變化。因此，該項研究不僅展示了一種柔性、機械增強、生物相容性水凝膠作為RAZB 和應變傳感器的離子導電介質，而且還為可穿戴電子產品的小型化和集成設計提供了見解。

圖2. 測量鋅沉積/剝離引起應力變化的微型傳感器裝置示意圖

A Hydrogel Electrolyte toward a Flexible Zinc-Ion Battery and Multifunctional Health Monitoring Electronics, ACS Nano 2024 DOI: 10.1021/acsnano.4c00085

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