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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無毒和生態友好性有望與傳感器集成。因此電池的環境適應性及與柔性傳感器的集成設計是開發長期信號監測的可穿戴電子產品的基礎。其關鍵在于寬溫水凝膠電解質的設計以及對系統內離子遷移的控制。

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 次穩定性測試循環。

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。課題組因發展需要，長期計劃招聘固態電池、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，待遇優厚。歡迎應聘者根據自身背景進行申請。