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汗液也能供电?研究人员推出无毒无污染的“纯天然”电池

2021-08-18 15:07 智东西

导读:因为人们的汗夜量还决于汗液所在的身体部位、环境条件和一天中的时间,所以人体分泌的汗液量是变化的。

据外媒Tech Xplore报道,新加坡南洋理工大学的研究团队开发出一种新款电池。该电池由人体汗液供电,可以“贴”在一些可穿戴设备上,如手表、腕带或臂带等。

如果你骑30分钟动感单车,你的体内就会产生4.2V电压和3.9mW输出功率。研究人员表示,这些能量足以支持“汗液动力电池(sweat-powered battery)”给传感器供电,并能让传感器通过蓝牙将数据发送到智能终端。

该研究于7月14日发表在《科学·进展(Science Advances)》上,论文名称为《用于可穿戴设备的具有汗液增强导电性的可印刷弹性电极(Printable elastomeric electrodes with sweat-enhanced conductivity for wearables)》。同时,南洋理工大学旗下的创新公司NTUitive也已经提交了汗液动力电池的专利申请。

一、重新定义电池供电方式,吸汗的“棉布”可维持长期供电

“汗液”电池通过将含有银片和亲水性聚合物(HPUA)的油墨印刷到可拉伸纺织品上制成,这些油墨将作为电池电极。

当银片与汗液接触时,其氯离子和酸度的液体环境会让银片结块,不但增加了银片的导电能力,而且会促使电流在电极之间运动。

▲人体汗液导电性增强示意图和Ag-HPUA电极的制备示意图。(来源:《Science Advances》)

因为人们的汗夜量还决于汗液所在的身体部位、环境条件和一天中的时间,所以人体分泌的汗液量是变化的。

针对这种情况,该电池采用了吸水性较好的可拉伸纺织品来保留大量汗水,因此即使人们出汗情况并不可控,但电池也能依旧维持供电。

不仅如此,当电池材料被拉伸时,其电阻会进一步降低,这意味着这款电池具有一定的承压能力,可以在用户锻炼时使用。

南洋理工大学研究生院院长、材料学家Lee Pooi See教授表示,“我们的设备可能比目前的技术要更耐用,因为我们证明它能长期处于拉伸状态或者与汗水接触,可以承受佩戴者日常活动所受到压力。

该款电池大小尺寸为2cm x 2cm,Lee教授表示,“我们电池的小尺寸还解决了可穿戴技术中的两个问题:传统纽扣电池无法实现的时尚美感以及小尺寸电池会降低产品的电量。”

接下来,研究人员计划进一步探索人体汗液的其他成分影响,以及体温等因素如何影响电池的性能。

二、无毒无污染,“汗液”电池或将开启可穿戴电子产品新范式

与传统电池会对环境造成危害不同,这款新电池不含任何重金属或有毒化学物质。

外媒Tech Xplore认为,汗液动力电池反映了南洋理工大学致力于寻找解决方案来减轻人类对环境的影响。

Lee教授认为,“我们的技术代表着可穿戴设备设计中前所未有的里程碑。通过利用无处不在的产品——汗水,我们发明了一种不依赖传统电池、更环保的可穿戴设备供电方式,我们希望这款电池能够为各种可穿戴设备供电。”

同时,南洋理工大学材料科学与工程学院研究员吕健谈道,“传统电池比以往任何时候都更便宜、更常见,但它们通常使用不可持续的材料制造对环境有害。传统电池在可穿戴设备中也会有潜在危害,比如说损坏的电池可能会将有有毒液体溅到人体皮肤上,但我们的设备可以提供一个真正的机会来完全避免这些有毒材料。”

其他行业人士也对该项研究表达了自己的看法。加拿大滑铁卢大学电气与计算机工程系副教授Irene Goldthorpe强调了南大研究团队所做工作的意义,“众所周知,电子产品不喜欢湿气,因此可穿戴设备通常完全密封以防止汗水渗入。这项研究将汗水从障碍物变成了能源,并表明它可以提高导电性,甚至在可穿戴设备中将汗水作为电解质,这可能会开启可穿戴电子产品设计的新范式。”

结语:可穿戴设备赛道正在涌现新玩法

南洋理工大学的研究团队将汗液作为电池能源,将人体作为电解质,可能会开启了可穿戴电子产品的新玩法。

事实上,人们对可穿戴设备的设计越来多样。近日美国加州大学圣地亚哥分校的研究人员也发明了一种新型设备,将其戴在指尖上能够通过手指出汗或轻按手指来发电。

不过尽管人们开始迫不及待地希望“甩掉”充电器,但现在很多可穿戴产品的新设计还处于试验性质,等到真正地普及相关产品还有很长的路要走。

来源:Tech Xplore