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  水凝膠由于其粘彈性、生物相容性和離子電導的特點，可用于監(jiān)測運動的柔性電子器件。但可穿戴器件中的鋰離子電池也帶來安全風險。而水系鋅離子電池以其電解質(zhì)無毒和生態(tài)友好性有望與傳感器集成。因此電池的環(huán)境適應性及與柔性傳感器的集成設計是開發(fā)長期信號監(jiān)測的可穿戴電子產(chǎn)品的基礎。其關鍵在于寬溫水凝膠電解質(zhì)的設計以及對系統(tǒng)內(nèi)離子遷移的控制。

示意圖1.自供電應變傳感器設計：(a)一體策略和(b)不同組件的結構；(c) 自供電傳感模式及工作機制。

圖2. PSC 水凝膠作為應變傳感器的演示。(a) 在電阻模式下工作的 PSC 水凝膠應變傳感器的示意圖。(b) PSC 水凝膠傳感器的相對電阻變化與所施加的拉伸應變 (0–400%) 的函數(shù)關系。(c) PSC 水凝膠在不同拉伸應變下的相對電阻響應。(d) PSC 水凝膠傳感器在 60% 應變下進行了 1000 次穩(wěn)定性測試循環(huán)。

圖3. (a)傳感器裝置的應用位置。(b)不同彎曲角度下傳感器響應電阻曲線。(c, d)自供電設備粘附在手指上時的實時電阻變化。（e）吞咽和發(fā)音時傳感器的實時電阻變化。(h) 一體式器件在不同彎曲角度下的比容量和庫侖效率。

圖4. (a) 用于測量 Zn 沉積/剝離引起的應力變化的裝置示意圖。(b) 通過對 Zn|PSC|V₂O₅ 全電池進行原位 XRD 測量獲得的Zn (002) 反射強度變化圖。(c) 相應的電池電壓曲線和(d) 傳感器電阻變化曲線。

  文獻詳情

  Wang Z, Xue R, Zhang H, et al. A Hydrogel Electrolyte toward a Flexible Zinc-Ion Battery and Multifunctional Health Monitoring Electronics[J]. ACS nano, 2024. 

  https://doi.org/10.1021/acsnano.4c00085

通訊作者簡介

  馬越，西北工業(yè)大學材料學院，長聘教授。入選陜西省杰青、省百人計劃等。主持了多項國家自然科學基金、陜西省重點項目、國際合作交流項目，以第一/通訊作者在Advanced Materials、EES、Advanced Energy/Functional Materials、Chem, ACS Nano、Energy Storage Materials等刊物發(fā)表論文100余篇。研究方向主要包含化學電源關鍵材料的可控制備及界面改性方法，原位/在線相變表征技術，以及表界面反應的演化機制分析等。課題組因發(fā)展需要，長期計劃招聘固態(tài)電池、納米材料、原位表征等方向的博后及研究助理，參與交叉學科的研究，待遇優(yōu)厚。歡迎應聘者根據(jù)自身背景進行申請。