贴身佩戴也能保持性能的“可拉伸电源”问世[读懂科学]

虽然贴附在皮肤上使用的可穿戴设备正在走入日常生活，但其电源仍停留在“坚硬电池”阶段。无法顺应人体运动的电源装置既破坏佩戴舒适性，又限制了应用范围。韩国国内研究团队提出了一种有望从根本上改变这一局限的“可拉伸电源”。

韩国研究财团(National Research Foundation of Korea, NRF)表示，首尔市立大学(서울시립대학교) Yoon Jinhwan 教授团队开发出一种即使被拉伸至原长4倍、储能容量几乎不减的高伸缩性超级电容器。这一成果被评价为有望加速皮肤贴附式传感器和下一代可穿戴设备商业化的核心电源技术。

将安装在手臂上的超级电容器以手肘角度0至90度弯曲时，发光二极管依然稳定点亮的情形。该实验表明，即使在肢体运动过程中，电源供给也能保持。Yoon Jinhwan 首尔市立大学教授提供

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超级电容器（super capacitor）是一种与电池不同、在电极表面存储电荷的能量存储装置。与依赖化学反应的电池不同，它能够在数秒内完成高速充放电，并且在反复使用中性能衰减较小，可即时存储人体运动产生的微小能量。不过，现有超级电容器在被拉伸或形变时，储能容量会大幅下降，存在这一局限。

研究团队通过两项关键技术解决了这一问题。首先，将二氧化锰、碳纳米管和导电高分子混入柔软的硅橡胶中制成柔性电极，再进行磷酸处理，将其转变为线径约为头发丝1万分之一的针状磷酸锰纳米线结构。该结构即使在电极被拉伸时也能保持电流通道，从而同时兼顾伸缩性与导电性。

在此基础上，研究团队引入了具有强力黏附性的两性离子凝胶电解质。通过紫外线处理，在电极与凝胶之间形成化学键，使其在超过1万次的拉伸—回缩反复形变过程中，电极与电解质仍不会分离。

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由此开发出的超级电容器在被拉伸300%时，仍能保持95%以上的储能容量。在贴附于手臂的状态下，即便将肘关节从0度弯曲到90度，发光二极管(LED)也能稳定点亮，并确认可通过智能手机进行无线充电。研究团队称，其性能远超既有技术，达到世界领先水平。

Yoon Jinhwan 教授表示：“此次技术可作为下一代可穿戴设备的核心电源部件使用。不仅有望应用于直接贴附皮肤以测量生物信号的电子皮肤，还可拓展至虚拟现实触觉服以及康复治疗用可穿戴设备等对高伸缩性和高稳定性有严格要求的领域。”

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本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团支持下，通过先导研究中心项目以及韩—捷克国际联合研究项目开展，并于上月7日在线发表在能源材料领域国际学术期刊《Energy Storage Materials》上。

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