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用体温为电子设备充电

时间: 2016年09月13日 | 作者: admin | 来源: Sciencedaily
科学家用两种不同的凝胶电解液设计出了一种可以利用人体体温获得能量的柔性电池。

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集成到织物里的电子设备正变得越来越流行。袖子上的智能手机显示屏或是在运动服装上检测身体表现的传感器一类的电子产品都已经陆续出现了。这些系统的主要问题在于缺少同样舒适的可穿戴电源。科学家正打算通过人体体温来获得必要的能量。他们用两种不同的凝胶电解液设计出了一种柔性可穿戴热电池。

 

我们的肌肉活动和新陈代谢会让我们的身体不断地产生热量,其中一些是通过皮肤释放到环境中的。但是由于体表(大约32 °C)和环境的温差相对较小,我们的体温是不容易被再利用的。

 

过去的温差电池(比如那些用半导体制作的)产生的能量很少、价格很贵,而且用在可穿戴设备中比较容易损坏。用电解液制作的温差电池却很难被集成到柔性可穿戴系统中。由中国华中科技大学的周军带领的团队发现了解决这个问题的方法:用凝胶电解液制造热电池。

 

这些研究人员利用的是热电化学效应(thermogalvanic effect):如果两个与电解质溶液,电解质凝胶接触的电极分别具有不同的温度,那么两者间就会产生电势差。电解质中的氧化还原电对离子可以迅速地在两个不同的电荷状态间转换,在不同温度的电极上接收或是释放电子。

 

为了用这个设备制造电流,科学家将含有两套不同氧化还原电对的两种不同电池结合起来。每个电池都含有两个细小的金属板,它们的功能是电极,插在凝胶电解液里。

 

第一种电池包含的是Fe2+/Fe3+氧化还原电对。第二种电池包含的是复杂离子[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-。由于氧化还原电对不同,在第一种电池中,温度较低的一端是负电位,而在第二种电池中温度较低的一端是正电位。

 

研究人员将这两种电池以方格状排列。电池间用金属片上下交替相连,形成串联。然后这个方格状电池板被集成到手套中。

 

戴着这种手套的时候,上下金属板之间会形成温差,使相邻电池间产生电压。电压叠加起来,可能产生足够大的电流来为设备充电或供电。

 

这种装置在5摄氏度的环境下,能够产生0.7伏,0.3微瓦的电力。该系统被改善后,即使在更小的温度梯度下,供电也应当能够增强。

 

来源:Wiley

翻译:徐寒易

 

论文:

Peihua Yang, Kang Liu, Qian Chen, Xiaobao Mo, Yishu Zhou, Song Li, Guang Feng, Jun Zhou. Wearable Thermocells Based on Gel Electrolytes for the Utilization of Body Heat. Angewandte Chemie International Edition, 2016; DOI:10.1002/anie.201606314

 

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160906131128.htm


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