​西工大马越ACS Nano：多功能健康监测电子设备的水凝胶电解质用于柔性锌离子电池

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​西工大马越ACS Nano：多功能健康监测电子设备的水凝胶电解质用于柔性锌离子电池
大多数柔性传感器依赖于复杂的电路设计和外部电源，从而限制了智能电子的集成度和小型化。因此，环境适应性电池的结构设计是制备能够进行时间分辨、长期信号监测的可穿戴电子产品的基础。
​西工大马越ACS Nano：多功能健康监测电子设备的水凝胶电解质用于柔性锌离子电池
在此，西北工业大学马越团队提出了一种一体策略即利用水凝胶作为离子导电介质用于柔性水系锌离子电池和可穿戴应变传感器。具体而言，聚(乙烯醇)水凝胶网络将纳米SiO2和纤维素纳米纤维(简称PSC)纳入乙二醇/水混合溶剂中，在−20℃下平衡了机械性能(抗拉强度为6 MPa)和离子扩散率。
基于此，Zn∥PSC∥V2O5在宽温度范围内(- 20 ~ 80℃)具有强大的可循环性。此外，该微器件将锌离子电池与应变传感器无缝集成，能够精确监测人体动态运动时的肌肉反应。
​西工大马越ACS Nano：多功能健康监测电子设备的水凝胶电解质用于柔性锌离子电池
图1. 自供电应变传感器装置设计
总之，该工作建立了一种耐高/低温的水凝胶，其可在具有应变传感器和电池模块集成的可穿戴电子产品中实现长期、时间分辨的信号监测。结合机械增强聚合物网络（纳米 SiO2 和 CNF 添加剂）和氢键网络重构，PSC 水凝胶表现出增强的机械性能和 -20 °C 下的高离子电导。
结果显示，该种可穿戴微器件通过调节 Zn2+ 传输路径，将耐极端温度（−20 至 80 °C）、高面积容量的 Zn∥PSC∥V2O5 电池与应变传感器无缝集成，解决了动态肌肉运动的监测。此外，借助透射模式原位 X 射线，集成微型器件捕获了电池运行期间的实时相位演变和同步压力变化。因此，该项研究不仅展示了一种柔性、机械增强、生物相容性水凝胶作为RAZB 和应变传感器的离子导电介质，而且还为可穿戴电子产品的小型化和集成设计提供了见解。
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图2. 测量锌沉积/剥离引起应力变化的微型传感器装置示意图
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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