随着科技的飞速发展，可穿戴技术已经成为我们生活中不可或缺的一部分。从智能手表到健康监测设备，这些小巧而功能强大的设备正变得越来越普及。然而，要让这些设备真正实现“穿戴”的便捷性，我们必须解决一个关键问题——如何为它们提供既灵活又高效的电力供应。

传统的电池由于其刚性结构和有限的柔韧性，难以与可穿戴设备完美集成。这就要求我们开发出一种新型的电力系统，它不仅要具备高效率、坚固耐用、稳定的功率输出，还要能够轻松集成到各种可穿戴设备中。在这一背景下，成会明院士和徐晓敏副教授团队在《自然通讯》上发表的研究成果，为我们提供了一个令人振奋的解决方案。

这项研究的核心是一种超柔性的能量收集和存储系统，它由高性能的有机光伏电池和锌离子电池组成。这种系统的厚度仅为90微米，却能够展现出超过16%的功率转换效率和每平方厘米超过10毫瓦的功率输出，能量密度更是高达每平方厘米5.82毫瓦时。这样的性能指标，足以满足大多数可穿戴传感器和设备的功率需求。

更令人印象深刻的是，这种能量收集和存储系统没有采用任何笨重和刚性的组件，这使得它在作为多功能电源方面具有巨大的潜力。它不仅能够推动可穿戴电子设备的发展，还有望为实现可持续发展的未来做出贡献。

这种超柔性的有机光伏电池具有高达16.18%的光电转换效率，并且在持续照明下能够保持超过1500小时的保存寿命。在50毫瓦每平方厘米的光照强度下，500小时内仍能保持92%以上的初始光电转换效率。这种电池的自支撑模块厚度仅为4微米，却能够提供前所未有的面积功率输出。

此外，研究人员还设计了一种超柔性的有机二极管，其整流比在正负2伏特范围内达到了一百万的数量级，有效防止了在无光条件下电池向光伏电池的不良电流回流。这种集成系统的能量密度大于5.82毫瓦时每平方厘米，整体转换和存储效率为6.91%，同时具有出色的运行和存储稳定性。

这项研究的成果不仅在理论上具有创新性，更在实际应用中展现出了巨大的潜力。这种能量收集和存储系统可以轻松集成到人体和纺织品上，为可穿戴技术提供了一种潜在的通用电源解决方案。这种系统的总厚度仅为90微米，能够轻松适应弯曲和柔软的表面，包括人体皮肤和纺织品，为各种电子元件提供电力。

在能量收集组件方面，研究团队将超柔性有机光伏的光电转换效率提高到了16.18%，并展示了一种有效面积为6.72平方厘米的超柔性模块，其面积功率输出达到10.2毫瓦每平方厘米，发电功率超过68.9毫瓦，足以运行小型电子设备。

在储能组件方面，研究人员成功地将锌离子电池的厚度减小到85微米，同时保持了较高的电化学性能。这种柔性电池具有6.8毫安时的高容量和良好的电化学稳定性，即使经过200多次充放电循环，其初始比容量仍超过86%。

最后，将有机光伏模块和电池集成为可穿戴应用的一体化能量收集和存储系统。这种系统不仅在能量采集和存储模块之间创新性地引入了超柔性有机二极管，还展示了其在环境条件下超过两周的出色工作稳定性和机械耐久性。

这项研究的成功，标志着我们在可穿戴电力系统领域迈出了重要的一步。它不仅为可穿戴设备提供了一种新的能源解决方案，更为我们探索可持续发展的未来开辟了新的道路。随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，我们有理由相信，这种超柔性的能量收集和存储系统将在未来的科技发展中发挥越来越重要的作用。

来源: 李传福