全印刷双功能可拉伸和可穿戴自充电生物超级电容器

　　自充电生物超级电容器 (BSC)-具有收集和储存汗液能量能力的双功能表皮贴片
　　可穿戴生物超级电容器：从汗液中收集和储存能量
　　全印刷双功能可拉伸和可穿戴自充电生物超级电容器
　　自充电生物超级电容器 (BSC) 可以储存能量并通过生物反应通过化学或太阳能转换进行自充电，最近引起了相当大的关注。由于人体汗液中还含有高浓度的乳酸生物燃料，因此汗液中生物能量的收集和储存具有为可穿戴电子设备提供动力的潜力。
　　然而，以前的 BSC 中使用的材料要么笨重、坚硬或易碎，因此不能作为可拉伸适形可穿戴电子设备的合适候选材料。对于可穿戴 BSC，设备的柔韧性、可拉伸性和皮肤一致性非常重要。
　　加州大学圣地亚哥分校的 Joseph Wang 教授团队展示了第一个全印刷双功能可拉伸和可穿戴 BSC 的例子，该 BSC 制造在低弹性模量和粘性弹性薄膜之上，从汗液中收集和储存能量，同时保持亲密接触与人体皮肤（先进功能材料，＂可穿戴生物超级电容器：从汗液中收集和储存能量＂）。
　　这种可穿戴混合设备既可用作生物燃料电池又可用作超级电容器，经证明可提供高功率脉冲，并可使用来自人体汗液的乳酸生物燃料的酶促氧化进行快速自充电。
　　这项工作实现了在同一组电极上的两种功能的材料级集成，从而降低了系统复杂性并最大限度地减少了设备占用空间。
　　演示用于为可穿戴电子设备供电的表皮 BSC 和汗液 BSC 的工作机制。
　　使用耐压油墨的可扩展和低成本丝网印刷工艺用于制造 BSC（在同一印刷阳极和阴极上结合生物燃料电池和超级电容器功能）并满足柔软性、拉伸性和可扩展性要求这种皮肤佩戴的可穿戴设备。
　　通过具有＂岛桥＂结构的高效平面电极设计和这种耐应变墨水的使用，实现了稳定、保形和可拉伸的能量收集-存储双功能器件。
　　岛桥结构制作在柔软的硅橡胶基材上；在有源电极＂岛＂的底部印刷了一个非弹性主干层以提供机械支撑，而银互连则以蛇形图案印刷为＂桥＂。
　　因此，当设备变形时，电极区域中的应力分布到周围的柔性区域，从而确保有吸引力的机械弹性。
　　与普通的乳酸/O 2生物燃料电池相比，BSC 的电容大大增强是通过 CNT 基墨水和阳极上的电沉积聚吡咯 (PPy) 导电聚合物和高表面积的协同作用实现的。阴极上的菜花状结构多孔铂。
　　由此产生的可穿戴双功能 BSC 可以支持高功率脉冲输出，同时在人体汗液水平的乳酸中保持稳定的充放电性能。自充电混合设备展示了收集高达 1.7 mW cm -2 的高功率，并且可以安装在用户的手臂上进行能量收集。
　　当与电压调节组件配合使用时，商业电子产品（如 LED）可以通过设计的 BSC 以脉冲模式成功点亮，这表明其作为下一代可穿戴设备（如胰岛素泵或无线发射器）的电源具有巨大潜力。
　　作为具有酶电极的可穿戴设备，其稳定性可能会受到环境因素的影响，例如温度、pH、盐离子或表面活性剂，这些将在未来进行评估。未来的努力将进一步优化操作条件、电池性能和电子集成，以提高这种新型双功能自充电设备的能力和应用。