超柔性能量收集及儲存系統助力可穿戴技術發展

　　可穿戴設備的進步高度依賴于柔性能源器件的發展，這些器件需提供高效率、耐用性和持續的電力輸出，同時能夠輕松集成。目前，商業可穿戴設備普遍依賴硬質電池供電，不僅增加了系統剛性，限制了其機械順應性，還需頻繁充電或更換電池。因此，需要研發一種集成了能量收集與存儲的柔性系統。

　　近日，清華大學深圳國際研究生院副教授徐曉敏、周光敏團隊提出了厚度僅90微米的超柔性能量收集-儲存一體化系統（FEHSS），該系統由超柔性高性能有機光伏組件與超薄鋅離子電池集成，為新一代可穿戴綠色能源設備的開發提供了新思路。相關研究成果發表于《自然—通訊》。

　　該研究中，超柔性有機光伏組件的單個器件光電轉換效率達16.18%，黑暗惰性環境中超1500小時保持光電轉換效率原始值的80%，在每平方厘米50毫瓦的光強下連續照明500小時后，光電轉換效率保持初始值92%以上的高性能。

　　基于超柔性有機光伏單元，研究團隊設計出可調功率輸出的高性能有機光伏組件。以有效面積6.72平方厘米的組件為例，總光電轉換效率達10.5%，峰值功率超68.9毫瓦，單位面積功率輸出達每平方厘米10.2毫瓦。此外，超柔性有機光伏組件在不同光照強度下具備高效的功率輸出及優異的機械強度。

　　超薄鋅離子電池由鋅陰極、二氧化錳-石墨陽極和超薄水凝膠電解質組成。團隊開發了10微米厚度的超薄聚乙烯醇-氧化石墨烯水凝膠，具有優越的機械順應性，且超薄特性彌補了微小容量損失。基于10微米超薄水凝膠電解質構建的超薄鋅離子電池，總厚度僅為85微米，具備良好的倍率性能和循環穩定性。

　　研究人員提出的FEHSS由超柔性有機光伏組件、超柔性有機光電二極管與超薄鋅離子電池組成，三個超薄鋅離子電池串聯實現輸出電壓5.4伏特，光照充電具有可媲美傳統電源的充放電循環特性。

　　此外，FEHSS可以在自然環境下驅動多種電子設備，例如，集成于織物上可驅心電信號采集并實時傳輸至手機終端，助力健康管理；可在不干擾用戶活動的情況下為智能手機、手表充電，是新型的戶外綠色能源方案。