科學家用兩種不同的凝膠電解液設計出了一種可以利用人體體溫獲得能量的柔性電池。
集成到織物裡的電子設備正變得越來越流行。袖子上的智慧型手機顯示屏或是在運動服裝上檢測身體表現的傳感器一類的電子產品都已經陸續出現了。這些系統的主要問題在於缺少同樣舒適的可穿戴電源。科學家正打算通過人體體溫來獲得必要的能量。他們用兩種不同的凝膠電解液設計出了一種柔性可穿戴熱電池。
我們的肌肉活動和新陳代謝會讓我們的身體不斷地產生熱量，其中一些是通過皮膚釋放到環境中的。但是由於體表（大約32 °C）和環境的溫差相對較小，我們的體溫是不容易被再利用的。
過去的溫差電池（比如那些用半導體製作的）產生的能量很少、價格很貴，而且用在可穿戴設備中比較容易損壞。用電解液製作的溫差電池卻很難被集成到柔性可穿戴系統中。由中國華中科技大學的周軍帶領的團隊發現了解決這個問題的方法：用凝膠電解液製造熱電池。
這些研究人員利用的是熱電化學效應(thermogalvanic effect)：如果兩個與電解質溶液，電解質凝膠接觸的電極分別具有不同的溫度，那麼兩者間就會產生電勢差。電解質中的氧化還原電對離子可以迅速地在兩個不同的電荷狀態間轉換，在不同溫度的電極上接收或是釋放電子。
為了用這個設備製造電流，科學家將含有兩套不同氧化還原電對的兩種不同電池結合起來。每個電池都含有兩個細小的金屬板，它們的功能是電極，插在凝膠電解液裡。
第一種電池包含的是Fe2+/Fe3+氧化還原電對。第二種電池包含的是複雜離子[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-。由於氧化還原電對不同，在第一種電池中，溫度較低的一端是負電位，而在第二種電池中溫度較低的一端是正電位。
研究人員將這兩種電池以方格狀排列。電池間用金屬片上下交替相連，形成串聯。然後這個方格狀電池板被集成到手套中。
戴著這種手套的時候，上下金屬板之間會形成溫差，使相鄰電池間產生電壓。電壓疊加起來，可能產生足夠大的電流來為設備充電或供電。
這種裝置在5攝氏度的環境下，能夠產生0.7伏，0.3微瓦的電力。該系統被改善後，即使在更小的溫度梯度下，供電也應當能夠增強。
來源：Wiley
翻譯：徐寒易
本文來源：《科學美國人》中文版《環球科學》 責任編輯： 張祖韜_NT5054