指尖汗液产能量为可穿戴电子设备迈出了重要一步

2021-08-13 09:00:00

夏天的热浪让你汗流浃背?别担心,不是所有的汗水都白费了。

7月13日,在《焦耳》发表的一篇论文中,研究人员宣布开发出一种新设备,可以从人体指尖的汗液中获取能量。该设备是迄今为止最有效的身体能量收集器之一,在没有任何机械能量输入的情况下,在10小时的睡眠中,每平方厘米皮肤可以产生300兆焦耳(mJ)能量,而且单次按压一根手指就可以产生额外的30mJ能量。作者表示,该设备向可自我持续的可穿戴电子设备迈出了重要一步。

“通常情况下,人们希望能源投资获得最大回报。你不希望通过锻炼消耗大量能量而只获得一点点能量收益。”美国加州大学圣迭戈分校纳米工程教授、论文资深作者Joseph Wang说。之前以汗液为基础的能源设备需要人们进行高强度运动,比如跑步或骑自行车运动,以使获得的出汗量足以发电。但在运动过程中消耗的能量可以轻易抵消产生的能量,以致能源投资回报率不到1%。

相比之下,该新设备属于作者所称的能量收获器“圣杯”。它不需要依赖阳光或运动等外部不规则能量来源,只需要手指接触就能在睡眠时收集超过300mJ的能量——研究人员称这足以为一些小型可穿戴电子产品供电。

该设备是一种被称为生物燃料电池的能量收获器,并由乳酸(汗液中的一种可溶化合物)提供动力。该设备由碳纳米管材料制成,还包含一种水凝胶,有助于最大限度地吸收汗水。从外观上看,它就像一块简单的泡沫,连接着一个电极电路,所有电极都连接在指尖上。该设备的大小约为1平方厘米,十分灵活,可以舒适地长时间佩戴。

该设备内部会发生一系列电化学反应。电池阳极上装有生物酶,后者能氧化或从乳酸盐中除去电子;阴极上沉积了少量铂,以催化还原反应,将氧气转化为水。一旦发生这种反应,就会产生电流。这个过程是自发发生的:只要有乳酸,就不需要额外的能量启动这个过程。

另一方面,压电发电机能将机械能转化为电能,依靠手指的自然捏动或打字等日常动作,这些发电机就能产生额外的能量:每小时按一次手指只需要0.5mJ的能量,但产生了超过30mJ的能量。

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