用于可穿戴設備的具有汗液增強導電性的可印刷彈性電極
【導讀】：
設計了可印刷、可光固化和基于紡織品的 Ag-HPUA 電極，其電阻可以通過人體汗液在原始和拉伸狀態下降低。電極由具有親水性、光固化性和高拉伸性的銀片和 HPUA 粘合劑組成。演示案例中，使用 Ag-HPUA 作爲集電器的2 O 電池直接印刷在紡織品上，爲可穿戴無線溫度傳感器提供能量。除了作爲電解質之外，人體汗液還可以通過集電器的汗液燒結使電池在拉伸下正常工作。該方法使用對人體皮膚無害的汗水作爲燒結劑，降低了印刷可拉伸電極在佩戴過程中的電阻，爲印刷可拉伸設備的設計提供了一條新途徑。
新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的科學家們開發出一種柔軟且可拉伸的電池，可以通過人體汗液來供電。
原型電池由印刷的銀片電極組成，可在汗水存在的情況下發電。電池尺寸爲 2 厘米 x 2 厘米，像小紙繃帶一樣平坦，貼在柔軟且吸汗的紡織品上，該紡織品可拉伸並可連接到可穿戴設備，如手表、腕帶或臂帶。
爲了證明當它被納入可穿戴生物傳感器和其他電子設備時的潛在用途，新加坡南洋理工大學的科學家團隊用人造人體汗液測試了他們的設備。
在另一項試驗中，該團隊報告稱，將電池戴在手腕上並騎固定自行車 30 分鍾的人能夠産生 4.2 V 的電壓和 3.9 mW 的輸出功率，足以爲商用溫度傳感器供電設備並通過藍牙將數據連續發送到智能手機。
與傳統電池不同，該電池不含重金屬或有毒化學物質，傳統電池通常使用對環境有害的不可持續材料制造。
作爲可以減少有害電子廢物的更可持續的替代方案，汗液動力電池的開發反映了新加坡南洋理工大學致力于尋找解決方案以減輕我們對環境的影響。這是新加坡南洋理工大學在新加坡南洋理工大學 2025 戰略計劃下尋求解決的人類四大挑戰之一。
領導這項研究的材料科學家、研究生院院長 Lee Pooi See 教授說：”我們的技術預示著可穿戴設備設計中前所未有的裏程碑。通過利用無處不在的産品汗水，我們可以尋找一種更環保的方式來爲可穿戴設備供電，而不依賴于傳統電池。它是我們身體産生的幾乎可以保證的能量來源。我們希望電池能夠爲各種可穿戴設備供電。”
該研究發表在同行評審的科學期刊《科學進展》（”可打印的彈性電極，用于可穿戴設備的汗液增強導電性”）上。創新公司 NTUitive 也已提交了汗液動力電池的專利申請。
該研究的共同第一作者、新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院研究員呂健博士說：”傳統電池比以往任何時候都更便宜、更常見，但它們通常使用不可持續的材料制造對環境有害。它們在可穿戴設備中也有潛在危害，損壞的電池可能會將有毒液體濺到人體皮膚上。我們的設備可以提供一個真正的機會來完全消除這些有毒材料。”
沒有參與這項研究的加拿大滑鐵盧大學電氣與計算機工程系副教授 Irene Goldthorpe 強調了新加坡南洋理工大學研究團隊所做工作的意義：”衆所周知，電子産品不喜歡濕氣，因此可穿戴設備通常完全封裝以防止汗水。這項工作將汗水從障礙變成了資産，表明它可以提高印刷互連的導電性，甚至可以在可穿戴、可彎曲的電池中使用汗水作爲電解質。這可能會開啓可穿戴電子産品設計的新範式。”
重新定義電池供電方式
NTU 制造的電池是通過將含有銀片和親水性聚（氨基甲酸乙酯-丙烯酸酯）（HPUA）的油墨印刷到可拉伸的紡織品上而制成的，這些油墨用作電池電極。
當銀片與汗液接觸時，其氯離子和酸度會使銀片結塊，從而增加其導電能力。這種化學反應還會導致電流在電極之間流動。
當電池材料被拉伸時，其電阻會進一步降低，這意味著它可以在承受壓力時使用，例如用戶鍛煉時。
由于可拉伸織物的吸水性非常好，因此可以保留大量汗水，因此即使出汗率不一致，電池也能保持供電。這對于持續運作很重要，因爲人體分泌的汗液量是可變的，並且取決于汗液所在的身體部位、環境條件和一天中的時間。
李教授補充說：”我們的設備可能比目前的技術更耐用，因爲我們證明它可以承受佩戴者日常活動的壓力，以及反複承受壓力或汗水。
“我們電池的纖薄尺寸還解決了可穿戴技術中的兩個問題：傳統紐扣電池無法實現對消費者有吸引力的時尚美感，而更薄的電池會降低産品攜帶足夠電量以維持一整天的能力。”