汗液激发的分段式电池、制备方法及用途
阅读说明：本技术 汗液激发的分段式电池、制备方法及用途 (Sectional type battery excited by sweat, preparation method and application ) 是由 鲁志松 肖刚 乔琰 于 2021-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及功能纺织品加工技术领域,特别涉及一种汗液激发的分段式电池、制备方法及用途,该电池包括亲水性线材、该亲水性线材上设有至少一个电池单元,所述电池单元包括依次设置于该亲水性线材上的正极段、电解质盐桥段及金属负极段。与现有技术相比,本发明以柔性纤维为电池的支撑基底,灵活构建分段式汗液激活的电池,制备方法简便,价格便宜,能清洗并重复利用,通过纤维编织的方式实现电池的串并联阵列,可制备输出性能更高的柔性可穿戴能源织物,柔性纤维/织物能承受多种复杂的机械变形,具有良好的空气渗透性和保暖性,纺织原料类型多样,图案设计灵活本发明成本低廉,方便快捷、方法简单,利于大规模生产,在柔性可穿戴自供能方面具有很大的潜在应用。(The invention relates to the technical field of functional textile processing, in particular to a sweat-excited sectional type battery, a preparation method and application. Compared with the prior art, the sectional type sweat activated battery is flexibly constructed by taking the flexible fibers as the supporting substrate of the battery, the preparation method is simple and convenient, the price is low, the battery can be cleaned and recycled, the series-parallel connection array of the battery is realized in a fiber weaving mode, the flexible wearable energy fabric with higher output performance can be prepared, the flexible fibers/fabric can bear various complex mechanical deformations, the flexible wearable energy fabric has good air permeability and heat retention, the types of textile raw materials are various, the pattern design is flexible, the cost is low, the method is convenient and fast, the method is simple, the large-scale production is facilitated, and the flexible wearable energy activated battery has great potential application in the aspect of flexible wearable self-energy supply.)
技术领域
本发明涉及功能纺织品加工
技术领域
，特别涉及一种汗液激发的分段式电池、制备方法及用途。背景技术
纺织品被认为是第二种人类皮肤。随着信息时代的到来，纺织品应结合功能、智能、信息化，促进下一代可穿戴电子产品和面向人工智能系统的快速发展和广泛应用。其中，能源可以看作是流动的血液，使可穿戴系统中的每一个组件保持正常地运行。
目前，人机交互设备的供电主要研究集中在金属离子电池或碱性化学物质上，当用于可穿戴系统时会产生安全隐患，并且需要特殊包装以防止电解质泄漏。近来，从人类活动产生的废物中收集能量已经成为学术和工业关注的话题，基于汗水的可穿戴式发电机具有巨大的潜力，可以用作电池的替代电源。汗水、尿液、组织液、唾液等含有离子(例如，Na+，K+和Cl-)的液体，被吸收/扩散到工作电极的表面，从而参与电化学反应。这与当今广泛使用的腐蚀性和易燃的水性(酸性或碱性)或有机电解质形成鲜明对比。
理想的柔性汗液激发电池在弯曲或折叠的过程中，需要保持电化学性能和机械性能。到目前为止，已经有多种材料被用作汗液激发电池的基底，例如环氧树脂，纸张等。据我们所知，目前已经报道的汗液激活的电池设备主要是一次性或者拉伸强度较差的纸基，从而出现了资源浪费、器件难以重复利用等问题。
发明内容
针对以上述背景技术的不足，本发明提供一种汗液激发的分段式电池及方法。
本发明采用的技术方案如下：一种汗液激发的分段式电池，关键在于：包括亲水性线材、该亲水性线材上设有至少一个电池单元，所述电池单元包括依次设置于该亲水性线材上的正极段、电解质盐桥段及金属负极段。
优选的，所述亲水性线材为天然纤维、人造纤维、合成纤维。
优选的，所述正极段由导电材料附载于所述亲水性线材上形成。
优选的，所述导电材料为碳纳米材料、导电聚合物、金属纳米材料中的一种或多种。
优选的，所述金属负极段由较活泼金属箔片包裹于所述亲水性线材上形成。
汗液激发的分段式电池的制备方法，关键在于包括以下步骤：
S1.导电液的制备：将导电材料均匀分散在去离子水中，形成导电液；
S2.疏水隔断区制备：将疏水材料间隔的滴加在亲水性线材上，疏水材料在线材上形成疏水阻断点，将亲水性线材分隔成正极亲水区和负极亲水区；
S3.正极制备：将正极亲水区滴加导电液，干燥后再滴加固定剂，室温下干燥制得正极段；
S4.负极制备：将金属箔片包裹于亲水性线材的负极亲水区上，制成金属负极段；
S5.电解质盐桥制备：清洗亲水性线材，去除疏水材料，金属负极段和正极段之间形成电解质盐桥或对亲水性线材的疏水隔断区进行亲水修饰，使金属负极段和正极段之间形成电解质盐桥。
优选的，S5中所述电解质盐桥的长度为0.1-10cm。
优选的，所述疏水材料为石蜡、聚偏氟乙烯、氯化石蜡、硬脂酸中的一种或多种。
汗液激发的分段式电池的应用，关键在于：将汗液激发的分段式电池作为经线或纬线编织成汗液激发的可发电织物。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种汗液激发的分段式电池，以柔性纤维为电池的支撑基底，灵活构建分段式汗液激活的电池，制备方法简便，价格便宜，能清洗并重复利用，将纤维编织的方式实现电池的串并联阵列，可制备输出性能更高的柔性可穿戴能源织物，柔性纤维/织物能承受多种复杂的机械变形，具有良好的空气渗透性和保暖性，纺织原料类型多样，图案设计灵活本发明成本低廉，方便快捷、方法简单，利于大规模生产，在柔性可穿戴自供能方面具有很大的潜在应用。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例3的结构示意图；
图4为实施例1在低浓度盐溶液的输出功率曲线图；
图5为实施例1进行多次清洗后的供电性能测试图；
图6为实施例2的供电时长测试图；
图7为实施例2在不同弯折状态的供电性能测试图；
图8为本发明的可发电织物的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
实施例1单根纤维上制备单段汗液激发的分段式电池
将熔融的石蜡间隔滴加在棉线上，石蜡快速凝固成石蜡阻断点，石蜡阻断点将棉线1分隔成正极亲水区和负极亲水区；将正极亲水区滴加碳墨水，室温下干燥制得碳正极段2；将锌箔包裹于负极亲水区的棉线1上，制成锌负极段4；将棉线1用石油醚浸泡后，经过水多次清洗，直到石蜡去除完全后，锌负极段4和碳正极段2之间形成长度为0.1cm电解质盐桥3，干燥后，碳正极段2和锌负极段4用细铜线连接耗能器件，将细铜线埋设于棉线1中。
实施例2单根纤维上制备两段汗液激发的分段式电池
将PVDF(聚偏氟乙烯)间隔滴加在丝线1上，PVDF凝固成疏水阻断点，疏水阻断点将丝线1分隔成两个电池单元，每个电池单元中均形成正极亲水区和负极亲水区；将正极亲水区滴加PEDOT(聚3,4-乙烯二氧噻吩)和PSS(聚苯乙烯磺酸盐)的混合水溶液，室温下干燥制得正极段2；将铝箔包裹于负极亲水区的丝线1上，制成铝负极段4；将丝线1用丙酮与DMF(N,N-二甲基甲酰胺)混合有机溶剂浸泡后，经过水多次清洗，直到PVDF去除完全后，铝负极段4和正极段2之间形成长度为10cm电解质盐桥3；干燥后，将PVDF间隔滴加至两个电池单元之间的丝线1上，形成电解质隔断段5，电解质隔断段5中穿设有碳纤维，碳纤维的两端分别与靠近的所述电池单元的正极段2或铝负极段4连接，另一正极段2和铝负极段4用碳纤维连接耗能器件，碳纤维埋设于丝线1中。
实施例3单根纤维上制备三段汗液激发的分段式电池
将石蜡间隔滴加在改性化纤1上，石蜡快速凝固成疏水阻断点，疏水阻断点将改性化纤1分隔成三个电池单元，每个电池单元中均形成正极亲水区和负极亲水区；正极亲水区原位合成金纳米颗粒，室温下干燥制得正极段2；将镁箔包裹于负极亲水区的改性化纤1上，制成镁负极段4；将改性化纤1用石油醚浸泡后，经过水多次清洗，直到正极亲水区和负极亲水区的石蜡去除完全后，镁负极段4和正极段2之间形成长度为1cm电解质盐桥3，干燥后，将熔融的石蜡间隔滴加至两个电池单元之间的棉线1上，形成电解质隔断段5。
对本发明进行供电性能测试：
(1)图4中可以看到，在电池的负极滴加100μL 80mM氯化钠溶液后，电池产生了稳定的1V的开路电压，及电池启动时间为7.5s；
(2)图5中可以看到，电池在经过多次清洗20次清洗后，电池依然拥有稳定开路电压；
(3)图6中可以看到，在电池的负极滴加200μL 80mM氯化钠溶液后，电池可为计时器供电超过1h；
(4)图7中可以看到，弯曲与伸展对电池在放电过程中影响较小。
最后需要说明，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。