让身体成为移动电源 体温电池新材料问世

2018-02-13 10:32   新华网  

当你觉得无线充电还是一项黑科技时,一项更具未来感的充电方式要来了——体温充电。 想像一下,以后再也不用拿着设备到处找插头了,你的身体就是一个24小时在线的移动电源,对电量焦虑症患者,真是一大福音。


立功的是我们中国的科学家,中国科学院金属研究所昨天发布消息称,该所科研人员研制出可利用人体体温发电的新材料,预计未来5年能够为蓝牙耳机、健康监测器、手表、智能手环等可穿戴电子设备供电。

一款依靠体温来充电的智能手表


体温与环境温差越大充电效果越好


据该所沈阳材料科学国家(联合)实验室邰凯平研究员介绍,随着可穿戴电子产品在日常生活中的兴起,海内外科学家开始关注柔性热电材料与器件的研究。在金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,邰凯平研究员介绍了这一新材料:不足一指宽、0.1毫米厚的单片灰色软质薄膜,贴在人体手腕处,所连接的测量电表上立刻显示出有明显输出电压。


邰凯平介绍,该材料只要存在温差即可发电,人体体温高于环境温度或环境温度高于人体体温均可。当人体体温与环境温度相差15摄氏度左右时,可实现微瓦到毫瓦量级的发电量。而且发电效果会随温差增大持续提高,特别是人体运动消耗生物化学能产生热量或者北方地区室外年平均温度低于20摄氏度等情况。


科研人员利用该材料制成的薄膜电池,即“柔性、可裁剪碲化铋/纤维素复合热电薄膜电池”,首次将高性能碲化铋热电材料与低成本纤维素纸进行网络结构复合,其具有优异的变形能力,能够充分贴合复杂曲率变化的人体体表,维持与周围环境的温差,提升热能转换效率,可应用于新一代低功耗微系统供电技术。


邰凯平表示,这种高性能柔性热电材料可实现最薄仅为数十微米,通过该材料制成的薄膜电池还可回收利用生活中随处可见的废热发电,除了利用人体体温发电外,还包括照明灯灯罩散发出的热量等,促进中国可再生能源发展。


新负极材料让充电电池容量高寿命长


为了让大家脱离有线充电,除了开辟更多的充电方式,让电池有更多电量和充电更快速也是好思路。这不科学家们费尽了心思,一种新负极材料也问世了,让充电电池容量高寿命长。


日本物质材料研究机构(NIMS)日前公布,他们的一个研究小组成功合成了氧化锰纳米片和石墨烯交替重叠的材料。该复合材料作为锂及钠离子充电电池的负极材料,可将电池充放电容量提高两倍以上,且能延长重复使用寿命,解决了容量和寿命不可兼得的问题。


高容量化是二次电池的目标之一,目前其负极使用的是碳材料,理论上过渡金属氧化物具有高容量,有望成为碳材料的替代物。特别是具有分层结构的氧化锰,将其剥离制成单分子厚的纳米片,作为负极使用,表面全部呈活性,可大幅提高容量。但氧化锰的难点在于反复充放电容易破坏结构,纳米片也易于凝聚成团状。


研究小组在溶液中分散氧化锰纳米片并与石墨烯混合,合成了交互多层的层压复合材料。氧化锰与石墨烯都带负电,通常情况下会互相排斥。研究小组早在2015年通过化学修饰石墨烯使其带正电,解决了排斥问题,并实现了当时金属氧化物负极材料中最高容量和最长寿命。


此次通过把两种物质从分子水平复合,得到了单独材料难以实现的高特性。复合材料除用于充电电池之外,还可大幅提高超级电容器、电极催化剂等能量储存及转换系统的效能。


(原标题《让身体成为移动电源 体温电池新材料问世 编辑:高建峰)

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