澳大孙国星、深大陈光明/刘卓鑫与USQ陈志刚《Mater. Horiz.》：基于柔性准固态热电化学电池的自供电应变传感系统

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随着柔性和可穿戴电子产品的快速发展，发展高效环保的自供能解决方案将进一步满足其日益多样化的需求。热能作为一种广泛存在的可持续能源尚未被有效利用和收集。其中，人体始终保持约 36 ˚C 的表面温度，其与外界环境的温差将形成有效的热能供给源。借助于具有温度依赖性的氧化还原电对的热电化学效应（thermogalvanic effect），热电化学电池 (TEC) 特别适用于将低品位热直接转化成电能以实现能量收集。传统TEC 的液态电解质存在漏液和复杂的封装问题，相比之下，基于水凝胶体系的准固态 TEC将更有利于实现自供电、可穿戴柔性电子的应用。

鉴于此，澳门大学应用物理及材料工程研究院孙国星助理教授、深圳大学材料学院陈光明特聘教授、刘卓鑫助理教授以及南昆士兰大学陈志刚教授设计了一种由聚丙烯酰胺/酸化单壁碳纳米管 (PAAm/a-SWCNT) 复合水凝胶和氯化锡 (IV)/锡(II) 氯化物 (Sn⁴⁺/Sn²⁺) 作为氧化还原对组装而成的准固态 TEC，并基于其灵敏的应变传感和有效的温差发电特性发展了自供能的应变传感体系，极大地扩展了准固态TEC作为新型可自供能电源在柔性和可穿戴电子产品领域的适用性。相关工作以“A flexible quasi-solid-state thermoelectrochemical cell with high stretchability as an energy-autonomous strain sensor”为题于近期发表在《Materials Horizons》上。

文章亮点：

1. 通过一种简便的原位自由基聚合，并与氧化还原电对溶液进行离子交换，制备了柔性复合水凝胶电解质。通过复合酸化单壁碳纳米管，赋予该水凝胶电解质优异的柔韧性和拉伸性能 (断裂伸长率可达600%)，并实现灵敏的应变传感能力。

基于准固态凝胶电解质的TEC示意图及复合水凝胶的形貌和结构

优异的力学拉伸特性

基于外部供电的应变传感特性

2. 基于优化的复合水凝胶电解质制备的TEC具有高热电化学塞贝克系数(1.59±0.07 mV K^-1)，并在一定的机械拉伸和变形下表现出稳定的热电化学性能。

优异的热-电转换特性

热电性能的力学稳定性

3. 结合其优良的热-电转换特性和灵敏的应变传感能力，开发了一种基于柔性准固态TEC的自供能应变传感系统，可实时、高灵敏度地检测人体各种运动。

自供电应变传感特性

该论文的第一作者为澳门大学应用物理及材料工程研究院博士生梁丽荣，通讯作者为孙国星助理教授，共同通讯作者为深圳大学陈光明特聘教授、刘卓鑫助理教授以及澳大利亚昆士兰大学陈志刚教授。相关研究得到了由澳门特别行政区科学技术发展基金（No. 0074/2018/A2）、澳门大学（No. MYRG2018-00164-IAPME）、广东省高校优秀青年创新人才项目（No. 2020KQNCX061）以及深圳市基础研究项目（No. JCYJ202001091056040）的资助。

文献链接：

https://doi.org/10.1039/D1MH00775K

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