14、可穿戴电子设备用金属空气电池：现代社会的案例研究

可穿戴电子设备用金属空气电池：现代社会的案例研究

1. 引言

智能服装、智能手表、绷带以及各种柔性可穿戴医疗设备、传感器等创新概念已成为现代社会的重要组成部分。这类配备电子设备的小型化、适应性强、可拉伸且可移动的服装，引发了科技领域的广泛关注。为这些电子设备供电，需要与人体皮肤兼容的高效电源系统。传统金属空气电池（MABs）因体积庞大且不灵活，不适合用于制造当今的可穿戴电子设备。而具有MABs的柔性设备则成为制造新一代设备的创新且有前景的选择，它们能够提供持久电力，具有更高的比容量、高能量密度、经济可行性、长寿命、原材料易获取、环境友好、灵活性以及对人体皮肤不规则几何表面的出色适应性。

柔性可穿戴MABs主要由柔性电解质（凝胶或聚合物基电解质）和柔性电极材料（主要是金属阳极和空气阴极）组成。空气电极对电池的运行至关重要，它影响着电池所需的机械柔韧性和电催化能力。MABs的基本工作原理是空气阴极上的氧还原/析出反应（ORR/OER）以及阳极上的阳离子溶解/沉积。在各种可用的MABs中，锌空气电池（ZAB）、锂空气电池（LAB）和铝空气电池（AAB）尤为受欢迎。

除了柔性电池组件外，通过修改结构设计来实现MABs的灵活性也取得了显著进展，主要有平面三明治型结构（将电解质夹在电极之间）和纤维型结构（电池组件同轴排列）。三明治结构允许单轴弯曲，但无法用于研究其他变形情况，如扭转；而纤维结构则可解决这一缺点。这两种结构各有优势，都被广泛用于制造现代社会的可穿戴设备。

2. 可穿戴金属空气电池的柔性组件

现代可穿戴衣物通常直接接触人体皮肤，需承受各种变形情况。因此，开发具有出色机械和电子性能的柔性和可拉伸材料至关重要。MABs的可变形组件包括电极、