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从无处不在的水分中获取能量已经成为一项有前途的技术，为可穿戴电子设备提供了动力。然而，低电流密度和拉伸不足限制了它们与自供电可穿戴设备的集成。在此，我们利用水凝胶分子工程技术开发了一种高性能、高拉伸性、柔性的湿电发生器。分子工程包括将锂离子和磺酸基团浸渍到聚合物分子链中，以创建离子导电和可拉伸的水凝胶。这种新策略充分利用了聚合物链的分子结构，避免了额外的弹性体或导体的添加。一个厘米大小的水凝胶MEG可以产生0.81 V的开路电压和高达480 μA cm−2的短路电流密度。这种电流密度是大多数报道的meg的十倍以上。此外，分子工程改善了水凝胶的力学性能，使其拉伸性能达到了506%，在已报道的meg中处于最先进水平。值得注意的是，高性能和可拉伸meg的大规模集成已被证明可以为具有集成电子设备的可穿戴设备提供动力，包括呼吸监测口罩、智能头盔和医疗服。这项工作为高性能和可拉伸meg的设计提供了新的见解，促进了其在自供电可穿戴设备中的应用，拓宽了应用场景。
图文简介
MEH-MEG的概念和性能。a)在自供电防护可穿戴设备(如宇航服、智能头盔和医疗服)中的潜在应用。图片来自Pexels网站，该网站提供授权的免费库存照片。b)显示MEG结构细节和所提出的分子工程策略的示意图。c)高拉伸MEH膜的图像。d)在恒定80% RH条件下持续3小时的MEH-MEG开路电压。e) MEH-MEG输出性能与已报告meg的比较。
MEH-MEG的工作机理。(a-c) MEG发电原理示意图。a)潮湿大气中的水分子通过氯离子作为吸附位点被吸附在MEH膜上。b) MEH中的官能团被进入的水分电离，释放出可移动的H+离子。c)在高湿度条件下，Li+诱导的Hofmeister效应加速了H+离子的定向迁移，导致电荷分离并产生电压和电流。d) 25℃时MEH膜的吸湿动力学。e) pH在3 ~ 7范围内MEH膜的Zeta电位。f) KPFM试验获得的MEH膜非湿润侧的电位变化。g)在80%RH时MEH膜和传统离子水凝胶的离子电导率。h) h +扩散动态变化的可视化实验照片。将一片MEH膜夹在溴酚蓝/异丙醇溶液的两个圆柱体之间。上筒中加入20ml水，两筒中颜色的变化表明H+浓度的动态变化。
用于自供电可穿戴应用的集成MEH-MEGs。a)高性能可拉伸meh – meg检测人体呼吸信号并驱动自供电可穿戴设备和柔性电子设备的原理图。b)在慢呼吸模式(上)和快呼吸模式(下)下，MEH-MEGs作为自供电系统驱动的呼吸监测信号。c)记录了MEH-MEG在不同手指弯曲角度下的电压响应，证明了柔性可穿戴电器的稳定能量供应。d) MEH-MEG在初始、拉伸和扭转状态下输出电压的比较。插图为不同状态下的对应图片。e和f)包括智能头盔和未来医疗服在内的系统组成示意图。g和h)头盔和医疗服上的综合meh-meg通过收集人体呼吸中的水分能量，分别点亮红色LED。以上矢量图来自Vecteezy网站，该网站提供免费的矢量图。
论文信息
论文题目：High-performance, highly stretchable, flexible moist-electric generators via molecular engineering of hydrogels
通讯作者：李林
通讯单位：大连理工
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