近年来，健康监测系统、传感器、增强现实电子科技类产品和智能显示器等可穿戴电子科技类产品领域取得了...。
近年来，健康监测系统、传感器、增强现实电子科技类产品和智能显示器等可穿戴电子科技类产品领域取得了重大发展。为可穿戴电子设备供电，迫切地需要具有高单位体积内的包含的能量、高安全性、长待机时间、长循环寿命、弯曲公差以及能够在广泛的高温和低温下运行的生物相容性和柔性储能设备。与其他电池相比，柔性锌空气电池 (FZAB) 是可穿戴电子科技类产品的有前途的绿色储能设备，因为它们由于使用水性电解质而具有内在安全性，高理论单位体积内的包含的能量（1.3 kWh kg-1，不包括 O2 ),由于锌资源丰富、组装简单、生态友好，成本低。然而，它们存在严重的充电/放电极化（充电/放电电压差 0.75 V 在2 mA cm-2）、低放电容量（0.1 mAh cm-2）/循环和短循环寿命（50 h），这大大阻碍了它们的实际应用。此外，水凝胶电解质的吸水率低、离子电导率低、保水性差以及与 CO2 反应的抵抗力弱是 FZAB 的主要缺点。水凝胶的含水量在 OH- 传输的动力学中起决定性作用；半开放系统促进了水凝胶中水分的流失，并使水凝胶在极端环境中容易与 CO2 发生反应。此外，水凝胶对高温和低温的耐受性较低，因为它们的保水性和离子电导率会随着温度的升高而降低，这是由于水的挥发，并且 OH- 传输在冰点以下（0℃）变得缓慢，这是由于水的增加随着温度的降低，水凝胶的粘度和其中的盐沉淀。水凝胶中高浓度的 KOH 会降低水凝胶的凝固点。因此，探索具有高吸水性、高离子电导率、足够的保水性、抗二氧化碳性、耐温性和机械强度的新型水凝胶至关重要。
图 5. 可穿戴电子科技类产品演示。a) FZAPC 与包含太阳能电池、健康传感器和无线充电器的可穿戴系统集成的示意图。b) 可穿戴系统的系统级框图显示了模块之间的能量和信息流。EMS：能源管理系统，PV：光伏，ADC：模数转换，I2C：内部集成电路，MCU：微程序控制单元，BLE：低功耗蓝牙。c) 描绘 FZAPC、太阳能电池和传感器如何集成到可穿戴衣服和背包中的示意图。d) 使用功率计测量的太阳能电池的室外实时功率。e) 使用温度传感器获得的实时体温。f) 使用功率计对智能手机进行实时充电。g) 在休息和跑步期间使用传感器获取的实时心率。h) 显示包含 FZAB、导航系统和显示器的可穿戴电子设备的概念图。
本研究使用非挥发性离子液体 (EMImCl) 在 PANa-PVA 中产生大量孔隙，来提升了 PANa-PVA 的离子电导率、吸水性和保水性。由于 IL，所制备的水凝胶 PANa-PVA-IL 表现出 306.9 mS cm-1 的高电导率、2515 wt% 的吸水率以及在室温下出色的保水性。由于 PANa-PVA-IL 的高保水性和优异的离子电导率，基于 PANa-PVA-IL 的 FZAB 表现出 330 小时的超长循环寿命和 2 mA cm-2 下 0.68 V 的低充电/放电电压间隙。此外，FZAB 在高温（60℃）和低温（-40℃）下都能正常工作。它们在室温下表现出 246 Wh kgcell−1的极高单位体积内的包含的能量、1.03 Ah 的总容量和 198 mW cm−2的峰值功率密度。随后，本研究展示了基于 PANa 的安时级 FZAPC 的潜在应用–PVA–IL 用于可穿戴电子科技类产品，这些 FZAPC 在室外储存来自能量收集器的能量，并在室内为电子科技类产品供电。这项研究不仅报道了使用一种简单而有效的水凝胶添加剂来获得具有高离子电导率和保水性的水凝胶，用于在广泛温度范围内运行的柔性水基储能设备，而且还展示了 FZAB 在可穿戴设备中的潜在应用电子科技类产品。（文：SSC）
