在智能穿戴设备飞速发展的今天，如何为其提供稳定、持久且安全的能源成为了科研人员面临的一大挑战。传统的可穿戴电池存在能量密度低、与纺织技术兼容性差等问题。

在前期研究中，乔琰、鲁志松课题组报导了柔性、可编织、可大规模制备的汗液激发纱线电池（G. Xiao, Y. Qiao*, Z. S. Lu* et. al, Adv. Sci. 2022, 2103822；J. Ju, Y. Qiao*, Z. S. Lu* et. al, Nano Energy, 2023, 109, 108304）。该电池是一类基于金属空气电池工作原理，以人体汗液为天然电解质触发的一维供能器件。由于它具备稳定的能量输出、优异的适形性、生物相容性和与传统纺织工艺的兼容性，一经提出即被看作是电子织物供能单元的理想解决方案之一。然而，现有的汗液激发纱线电池均以棉纱为汗液吸收隔膜层，较大的纱线直径和不均匀的电极腐蚀过程限制了其实际应用。

近日，西南大学乔琰副教授、鲁志松教授团队在《Chemical Engineering Journal》上发表了题为“A yarn-based sweat-activated battery constructed with conjugated electrospun nanofiber separators as a durable and high-capacity power source in textile electronics”的研究成果，报道了一种基于共轭静电纺丝工艺的汗液激发纱线电池，它具有直径小、灵活性高、输出稳定、电池寿命长等优点，且可与常规编织/针织技术兼容，为电子纺织品提供了一种更佳的电源形态。

图1：聚丙烯腈纳米纤维包芯纱汗液激发电池的制备及其与棉纱隔膜电池的性能比较。

该研究以锌丝为阳极、碳纤维为阴极，通过共轭静电纺丝技术制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维隔膜，构建了一种芯鞘结构汗液激发纱线电池（y-SAB-P）。这种创新设计不仅通过紧密覆盖的PAN纳米纤维薄膜实现了直径的减小，而且与使用棉纱隔膜的电池（y-SAB-C）相比，其在人工汗液中的放电容量几乎翻倍。通过分析发现，PAN纳米纤维隔膜能够有效抑制局部腐蚀造成的锌丝结构破坏，从而延长电池寿命，提高放电容量。

图2： y-SAB-P与y-SAB-C在苛刻电解质中的性能比较与机理分析。

此外，y-SAB-P在较苛刻的电解质如1 M NaCl和1 M KOH中也表现出更高的容量和更长的寿命。这种显著的性能提升可归因于富含氰基（-CN）的PAN纳米纤维能够促进锌丝阳极表面离子以及电场的均匀分布，避免局部快速腐蚀反应的发生。此外，PAN纳米纤维隔膜也在一定程度上抑制了因阴极表面腐蚀产物污染而造成的性能下降。

图3：y-SAB-P 耐弯折性能及其电堆构建与应用。

本研究中提出的y-SAB-P能够承受13,000次弯曲和3200次扭曲而不出现性能的显著降低，因此可编织成纺织品为可穿戴电子设备供电。该研究为设计高效纱线电池提供了新方法，同时也为进一步理解汗液激发纱线电池中局部锌腐蚀的抑制机制提供了理论指导。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724039019?via%3Dihub

人物简介：

乔琰， 西南大学材料与能源学院副教授，西南大学优秀教师，主要从事生物电催化、功能纤维材料与可穿戴能源器件研究，主持包括国家自然基金在内的各类科研项目8项，发表SCI论文70余篇，论文他引次数>4300次，H指数34，获授权中国发明专利5项，入选美国斯坦福大学发布的2022全球前2%顶尖科学家“生涯影响力”和“年度影响力”榜单。科研成果荣获江西省自然科学奖三等奖、重庆产学研创新成果奖一等奖。担任Frontiers in Microbiology期刊编委，教育部学位论文评审专家。

鲁志松， 西南大学材料与能源学院教授、博导，长期致力于纤维材料与器件、可穿戴智能纤维/智能织物研究。主持各类科研项目20余项，国际国内会议邀请报告60余次。在国际期刊发表论文180余篇，被引7700余次，获授权中国发明专利13项。曾获重庆市自然科学二等奖、重庆市自然科学三等奖、重庆新材料研发创新英才，Advanced Fiber Materials第一届青年编委杰出贡献奖等荣誉。现任期刊Materials Reports：Energy副主编、Advanced Fiber Materials青年编委、中国材料学会纤维改性与复合技术分会常务理事、中国化学学会高级会员、重庆高校交叉学科教指委委员、重庆产学研合作促进会常务理事、重庆市功能材料学会理事等。