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  隨著柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，發(fā)展高效環(huán)保的自供能解決方案將進一步滿足其日益多樣化的需求。熱能作為一種廣泛存在的可持續(xù)能源尚未被有效利用和收集。其中，人體始終保持約 36 ?C 的表面溫度，其與外界環(huán)境的溫差將形成有效的熱能供給源。借助于具有溫度依賴性的氧化還原電對的熱電化學效應（thermogalvanic effect），熱電化學電池 (TEC) 特別適用于將低品位熱直接轉(zhuǎn)化成電能以實現(xiàn)能量收集。傳統(tǒng)TEC 的液態(tài)電解質(zhì)存在漏液和復雜的封裝問題，相比之下，基于水凝膠體系的準固態(tài) TEC將更有利于實現(xiàn)自供電、可穿戴柔性電子的應用。

  鑒于此，澳門大學應用物理及材料工程研究院孫國星助理教授、深圳大學材料學院陳光明特聘教授、劉卓鑫助理教授以及南昆士蘭大學陳志剛教授設計了一種由聚丙烯酰胺/酸化單壁碳納米管 (PAAm/a-SWCNT) 復合水凝膠和氯化錫 (IV)/錫(II) 氯化物 (Sn⁴⁺/Sn²⁺) 作為氧化還原對組裝而成的準固態(tài) TEC，并基于其靈敏的應變傳感和有效的溫差發(fā)電特性發(fā)展了自供能的應變傳感體系，極大地擴展了準固態(tài)TEC作為新型可自供能電源在柔性和可穿戴電子產(chǎn)品領域的適用性。相關工作以“A flexible quasi-solid-state thermoelectrochemical cell with high stretchability as an energy-autonomous strain sensor”為題于近期發(fā)表在《Materials Horizons》上。

文章亮點：

  1. 通過一種簡便的原位自由基聚合，并與氧化還原電對溶液進行離子交換，制備了柔性復合水凝膠電解質(zhì)。通過復合酸化單壁碳納米管，賦予該水凝膠電解質(zhì)優(yōu)異的柔韌性和拉伸性能 (斷裂伸長率可達600%)，并實現(xiàn)靈敏的應變傳感能力。

基于準固態(tài)凝膠電解質(zhì)的TEC示意圖及復合水凝膠的形貌和結構

優(yōu)異的力學拉伸特性

基于外部供電的應變傳感特性

  2. 基于優(yōu)化的復合水凝膠電解質(zhì)制備的TEC具有高熱電化學塞貝克系數(shù)(1.59±0.07 mV K^-1)，并在一定的機械拉伸和變形下表現(xiàn)出穩(wěn)定的熱電化學性能。

優(yōu)異的熱-電轉(zhuǎn)換特性

熱電性能的力學穩(wěn)定性

  3. 結合其優(yōu)良的熱-電轉(zhuǎn)換特性和靈敏的應變傳感能力，開發(fā)了一種基于柔性準固態(tài)TEC的自供能應變傳感系統(tǒng)，可實時、高靈敏度地檢測人體各種運動。

自供電應變傳感特性

  該論文的第一作者為澳門大學應用物理及材料工程研究院博士生梁麗榮，通訊作者為孫國星助理教授，共同通訊作者為深圳大學陳光明特聘教授、劉卓鑫助理教授以及澳大利亞昆士蘭大學陳志剛教授。相關研究得到了由澳門特別行政區(qū)科學技術發(fā)展基金（No. 0074/2018/A2）、澳門大學（No. MYRG2018-00164-IAPME）、廣東省高校優(yōu)秀青年創(chuàng)新人才項目（No. 2020KQNCX061）以及深圳市基礎研究項目（No. JCYJ202001091056040）的資助。

  文獻鏈接：https://doi.org/10.1039/D1MH00775K

  下載：A flexible quasi-solid-state thermoelectrochemical cell with high stretchability as an energy-autonomous strain sensor