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  進入5G時代與物聯(lián)網(wǎng)社會，可穿戴電子產(chǎn)品飛速發(fā)展。然而，輕便耐用的可穿戴設(shè)備需要自身供電能力的支持。在此背景下，UCLA陳俊教授、澳大利亞伍倫貢大學李維杰研究員、北航宮勇吉教授合作對柔性鋅離子電池體系進行改良，研制了毫米級纖細無線可充電纖維電池，可以編織到智能衣物中，作為可穿戴電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的樞紐。這項工作于2021年12月3日以An Ultrathin Rechargeable Solid-State Zinc Ion Fiber Battery for Electronic Textiles為題，發(fā)表在了Science Advances上，并被選為了封面文章。論文第一作者是UCLA 生物工程系博士生肖瀟。

圖1 鋅離子纖維電池供能的可穿戴電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)登上Science Advances封面

  為了制備這種超薄、纖細且耐用的電池纖維，研究人員結(jié)合了蒙特卡洛方法與有限元模擬技術(shù)，對二維材料氧化石墨烯在PVA高分子凝膠體系中的分散情況從分子層面到整體性能進行了詳細而系統(tǒng)的解釋。計算模擬的結(jié)果同時也對材料的設(shè)計與制造進行指導，最終成功制備了具有柔韌、堅固和高離子導電性的柔性固態(tài)電解質(zhì)凝膠。

圖2 蒙特卡洛方法與有限元模擬揭示凝膠電解質(zhì)導電原理，指導設(shè)計與制備

  這種纖細、耐用且具有高生物相容性的纖維電池能為可穿戴電子設(shè)備的進行長期而有效的供能。據(jù)報導，該電池可以為包括測量脈搏、溫度、濕度和壓力信號的電子設(shè)備進行長久的有效供能。纖維電池的電極采用水凝膠電解質(zhì)制成一個整體，而不是多個松散連接的部分，以確保電池即使在拉伸、彎曲和清洗時也能正常工作。

圖3 鋅離子柔性纖維電池作為能源樞紐為可穿戴設(shè)備進行供電

  該柔性電池可以進行穩(wěn)定的充放電，在測試中，電池在1000次充電/充電循環(huán)后仍保持98%的容量（172.2 mAh·g^-1），使其即使在日常使用中也能長壽命。一根15cm的電池全重僅重1.26克，成本約為4.08元，便于進行工藝改良以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abl3742