柔性電子因其輕便、可穿戴、適應(yīng)性廣等諸多優(yōu)勢(shì)已成為新一代電子工業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向，而如何為柔性電子設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、安全、環(huán)保的能源供給，是柔性可穿戴應(yīng)用急需解決的問(wèn)題之一。近期，柔性準(zhǔn)固態(tài)熱電池（TECs）快速發(fā)展，凝膠電解質(zhì)的機(jī)械柔性和便捷的加工特性使其成為柔性TECs的理想材料，為可穿戴電子產(chǎn)品提供了新的發(fā)展方向。然而，其力學(xué)強(qiáng)度和功率輸出的不足仍然阻礙了在可穿戴電子設(shè)備的應(yīng)用。
近日，深圳大學(xué)陳光明特聘教授和劉卓鑫副教授設(shè)計(jì)了 “一石二鳥(niǎo)”的協(xié)同策略，該策略以明膠水凝膠為基體，[Fe(CN)6]3?/4?為氧化還原離子對(duì)，通過(guò)引入兩性離子甜菜堿來(lái)同時(shí)增強(qiáng)TECs的力學(xué)性能和熱電化學(xué)性能。甜菜堿分子中豐富的?N+(CH3)3陽(yáng)離子和?COO?陰離子基團(tuán)可以通過(guò)非共價(jià)相互作用緊密結(jié)合明膠鏈，從而改善其力學(xué)性能。同時(shí)，通過(guò)紫外-可見(jiàn)光譜和X-射線(xiàn)光電子能譜表征以及密度泛函理論計(jì)算分析可知，甜菜堿分子與氧化還原離子對(duì)中的[Fe(CN)6]3?之間存在更強(qiáng)的相互作用，且對(duì)[Fe(CN)6]3?的溶劑化結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的參與度，從而擴(kuò)大了氧化還原反應(yīng)熵差，獲得了更高的熱電化學(xué)塞貝克系數(shù)。
此外，明膠固有的熱可逆特性使TECs能夠通過(guò)溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化進(jìn)行自恢復(fù)，以確?？煽康哪芰枯敵?，甚至可以在極端機(jī)械損壞的情況下回收TECs。這一特性不僅增強(qiáng)了水凝膠在可穿戴設(shè)備中的實(shí)用性，還有助于材料的可持續(xù)回收和再循環(huán)。 該“一石二鳥(niǎo)”策略協(xié)同優(yōu)化了TECs的力學(xué)性能和熱電化學(xué)性能，顯著增強(qiáng)了其力學(xué)強(qiáng)度和輸出功率密度。此外，還設(shè)計(jì)了基于該柔性準(zhǔn)固態(tài)TECs的手套型器件，探索了其作為可穿戴傳感器的應(yīng)用潛力，展現(xiàn)了TECs在自供能可穿戴應(yīng)用中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 論文信息 Robust, Efficient, and Recoverable Thermocells with Zwitterion-Boosted Hydrogel Electrolytes for Energy-Autonomous and Wearable Sensing Xin Lu, Ziwei Mo, Zhaopeng Liu, Yifeng Hu, Chunyu Du, Lirong Liang, Zhuoxin Liu, Guangming Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202405357
