可穿戴設(shè)備新設(shè)計(jì)方案，靈活又高效

隨著科技的飛速發(fā)展，可穿戴技術(shù)已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分。從智能手表到健康監(jiān)測(cè)設(shè)備，這些小巧而功能強(qiáng)大的設(shè)備正變得越來(lái)越普及。然而，要讓這些設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)“穿戴”的便捷性，我們必須解決一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題——如何為它們提供既靈活又高效的電力供應(yīng)。

傳統(tǒng)的電池由于其剛性結(jié)構(gòu)和有限的柔韌性，難以與可穿戴設(shè)備完美集成。這就要求我們開(kāi)發(fā)出一種新型的電力系統(tǒng)，它不僅要具備高效率、堅(jiān)固耐用、穩(wěn)定的功率輸出，還要能夠輕松集成到各種可穿戴設(shè)備中。在這一背景下，成會(huì)明院士和徐曉敏副教授團(tuán)隊(duì)在《自然通訊》上發(fā)表的研究成果，為我們提供了一個(gè)令人振奮的解決方案。

這項(xiàng)研究的核心是一種超柔性的能量收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，它由高性能的有機(jī)光伏電池和鋅離子電池組成。這種系統(tǒng)的厚度僅為90微米，卻能夠展現(xiàn)出超過(guò)16%的功率轉(zhuǎn)換效率和每平方厘米超過(guò)10毫瓦的功率輸出，能量密度更是高達(dá)每平方厘米5.82毫瓦時(shí)。這樣的性能指標(biāo)，足以滿足大多數(shù)可穿戴傳感器和設(shè)備的功率需求。

更令人印象深刻的是，這種能量收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)沒(méi)有采用任何笨重和剛性的組件，這使得它在作為多功能電源方面具有巨大的潛力。它不僅能夠推動(dòng)可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展，還有望為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)做出貢獻(xiàn)。

這種超柔性的有機(jī)光伏電池具有高達(dá)16.18%的光電轉(zhuǎn)換效率，并且在持續(xù)照明下能夠保持超過(guò)1500小時(shí)的保存壽命。在50毫瓦每平方厘米的光照強(qiáng)度下，500小時(shí)內(nèi)仍能保持92%以上的初始光電轉(zhuǎn)換效率。這種電池的自支撐模塊厚度僅為4微米，卻能夠提供前所未有的面積功率輸出。

此外，研究人員還設(shè)計(jì)了一種超柔性的有機(jī)二極管，其整流比在正負(fù)2伏特范圍內(nèi)達(dá)到了一百萬(wàn)的數(shù)量級(jí)，有效防止了在無(wú)光條件下電池向光伏電池的不良電流回流。這種集成系統(tǒng)的能量密度大于5.82毫瓦時(shí)每平方厘米，整體轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)效率為6.91%，同時(shí)具有出色的運(yùn)行和存儲(chǔ)穩(wěn)定性。

這項(xiàng)研究的成果不僅在理論上具有創(chuàng)新性，更在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了巨大的潛力。這種能量收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)可以輕松集成到人體和紡織品上，為可穿戴技術(shù)提供了一種潛在的通用電源解決方案。這種系統(tǒng)的總厚度僅為90微米，能夠輕松適應(yīng)彎曲和柔軟的表面，包括人體皮膚和紡織品，為各種電子元件提供電力。

在能量收集組件方面，研究團(tuán)隊(duì)將超柔性有機(jī)光伏的光電轉(zhuǎn)換效率提高到了16.18%，并展示了一種有效面積為6.72平方厘米的超柔性模塊，其面積功率輸出達(dá)到10.2毫瓦每平方厘米，發(fā)電功率超過(guò)68.9毫瓦，足以運(yùn)行小型電子設(shè)備。

在儲(chǔ)能組件方面，研究人員成功地將鋅離子電池的厚度減小到85微米，同時(shí)保持了較高的電化學(xué)性能。這種柔性電池具有6.8毫安時(shí)的高容量和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，即使經(jīng)過(guò)200多次充放電循環(huán)，其初始比容量仍超過(guò)86%。

最后，將有機(jī)光伏模塊和電池集成為可穿戴應(yīng)用的一體化能量收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅在能量采集和存儲(chǔ)模塊之間創(chuàng)新性地引入了超柔性有機(jī)二極管，還展示了其在環(huán)境條件下超過(guò)兩周的出色工作穩(wěn)定性和機(jī)械耐久性。

這項(xiàng)研究的成功，標(biāo)志著我們?cè)诳纱┐麟娏ο到y(tǒng)領(lǐng)域邁出了重要的一步。它不僅為可穿戴設(shè)備提供了一種新的能源解決方案，更為我們探索可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)開(kāi)辟了新的道路。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，我們有理由相信，這種超柔性的能量收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)將在未來(lái)的科技發(fā)展中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。