機(jī)電能量轉(zhuǎn)換是一種潛在的解決方案，可用于小型化、可穿戴和可植入系統(tǒng)的電源供應(yīng)；然而，由于使用軟設(shè)備開發(fā)低頻運(yùn)動(dòng)時(shí)電流輸出有限，因此機(jī)電能量轉(zhuǎn)換仍然具有挑戰(zhàn)性。
近日，香港大學(xué)Lizhi Xu，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與納米系統(tǒng)研究所Xiong Pu，東南大學(xué)Feng Gong報(bào)道了一種水凝膠發(fā)生器的設(shè)計(jì)，它的機(jī)械離子電流產(chǎn)生被放大了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，具有工程化的結(jié)構(gòu)和化學(xué)不對(duì)稱。
文章要點(diǎn)
1）在壓縮載荷下，水凝膠中的浮雕結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了變形梯度引起的凈離子通量，這與電極的不對(duì)稱離子吸附特性和水凝膠基質(zhì)中明顯的陽(yáng)離子和陰離子的擴(kuò)散性協(xié)同作用。
2）在0.1Hz 80kPa的循環(huán)壓縮下，這種機(jī)械力離子過(guò)程可以產(chǎn)生4 mA(5.5A m?2)的峰值電流，轉(zhuǎn)移電荷高達(dá)916 mC m?2。
3）這種小型水凝膠發(fā)生器的高電流輸出有利于可穿戴設(shè)備的供電，傷口愈合的受控藥物租賃系統(tǒng)就是例證。
所展示的放大機(jī)械離子效應(yīng)的機(jī)制將使各種自給能生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)成為可能。
參考文獻(xiàn)
Liu, H., Ji, X., Guo, Z. et al. A high-current hydrogel generator with engineered mechanoionic asymmetry. Nat Commun 15, 1494 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-45931-7
