进入5G时代与物联网社会，可穿戴电子产品飞速发展。然而，轻便耐用的可穿戴设备需要自身供电能力的支持。在此背景下，UCLA陈俊教授、澳大利亚伍伦贡大学李维杰研究员、北航宫勇吉教授合作对柔性锌离子电池体系进行改良，研制了毫米级纤细无线可充电纤维电池，可以编织到智能衣物中，作为可穿戴电子设备网络的枢纽。这项工作于2021年12月3日以An Ultrathin Rechargeable Solid-State Zinc Ion Fiber Battery for Electronic Textiles为题，发表在了Science Advances上，并被选为了封面文章。论文第一作者是UCLA 生物工程系博士生肖潇。

图1 锌离子纤维电池供能的可穿戴电子设备网络登上Science Advances封面

  为了制备这种超薄、纤细且耐用的电池纤维，研究人员结合了蒙特卡洛方法与有限元模拟技术，对二维材料氧化石墨烯在PVA高分子凝胶体系中的分散情况从分子层面到整体性能进行了详细而系统的解释。计算模拟的结果同时也对材料的设计与制造进行指导，最终成功制备了具有柔韧、坚固和高离子导电性的柔性固态电解质凝胶。

图2 蒙特卡洛方法与有限元模拟揭示凝胶电解质导电原理，指导设计与制备

  这种纤细、耐用且具有高生物相容性的纤维电池能为可穿戴电子设备的进行长期而有效的供能。据报导，该电池可以为包括测量脉搏、温度、湿度和压力信号的电子设备进行长久的有效供能。纤维电池的电极采用水凝胶电解质制成一个整体，而不是多个松散连接的部分，以确保电池即使在拉伸、弯曲和清洗时也能正常工作。

图3 锌离子柔性纤维电池作为能源枢纽为可穿戴设备进行供电

  该柔性电池可以进行稳定的充放电，在测试中，电池在1000次充电/充电循环后仍保持98%的容量（172.2 mAh·g^-1），使其即使在日常使用中也能长寿命。一根15cm的电池全重仅重1.26克，成本约为4.08元，便于进行工艺改良以适应大规模生产。

  原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.abl3742