【PalmSens4电化学应用】西南大学鲁志松教授、乔琰副教授团队Biosensor. Bioelectrn.:可编织与自充电的汗液激发纱线电容器

电子纺织品在个人保健、运动监测、可穿戴通信和人机交互等领域具有潜在的应用，电源单元是其中关键的组成部分之一。为了满足下一代电子纺织品的要求，理想的电源应该具有高柔性与一维结构，能够通过传统的纺织技术如缝纫、编织和织造轻松地嵌入日常服饰中。生物体液是一种天然电解质，可以作为生物相容的能量来源，生物流体基能量装置分为两类：生物燃料电池（BFC）和汗液活化电池（SAB）。与BFC将生物体液中的化学能转化为电能不同，SAB使用汗液作为电解质，通过电极之间的氧化还原反应产生稳定的电输出。近年来，通过将纤维状超级电容器与SAB和BFC的混合系统相结合，可以建立高效的能量存储和高功率输出的混合能量供应系统。将超级电容器与基于棉纱的SAB集成起来，可以产生足够的能量以满足汗液激活的电子纺织品系统中各种便携式和可穿戴电子设备的需求。

图1. 纱线基汗液激发超级电容器的构建，及其集成到自充电、自供能、生物传感的电子织物中。

近期，西南大学鲁志松教授、乔琰副教授课题组开发了一种柔性、可编织和大规模制备的纱线基汗液激发超级电容器（CYSAB），具有对称型的双电极结构，其中不锈钢纱线、导电聚合物和汗液分别作为集流体、活性材料和电解质。通过将聚合物PPy和PEDOT:PSS逐层沉积在不锈钢纤维制成的纱线上，以提高电容量。棉纤维包覆在聚合物功能化的不锈钢纱线上作为分离层，用于吸湿和贮存汗液。由于其极佳的柔韧性、可清洗性和可编织性，SYBSC可以与基于棉纱线的自供电电池（SABs）集成，构建混合自供电能源系统。混合自供电系统、无线数据采集芯片和碳纳米管纤维基汗液pH传感器集成，形成汗液激发自供电传感纺织品以分析锻炼过程中分泌的汗液，充分展示了该系统在实际应用中的潜力。相关工作以“Weavable yarn-shaped supercapacitor in sweat-activated self-charging power textile for wireless sweat biosensing”为题，发表在《Biosensors and Bioelectronics》上（原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115389）。西南大学材料与能源学院鲁志松教授与乔琰副教授为共同通讯作者，2019级博士生肖刚和2020级硕士生巨俊为本文的共同第一作者。

图2. 柔性、可编织和大规模制备的纱线基汗液激发超级电容器（CYSAB）构建。

图3. 基于编织工艺构建自充电汗液激发超级电容器SYBSC和汗液激发电池CYSAB的集成织物。

图4. 使用自充电织物的对人体汗液pH进行实时分析。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2023.115389

本文中进行电化学测试的仪器为荷兰PalmSens，型号：PalmSens4便携式电化学分析仪，由雷迪美特中国有限公司提供。