韩国科研团队开发可穿戴薄膜电池 利用体温发电延长智能设备续航

(问题)可穿戴设备正加速进入医疗健康、运动管理和日常通信等场景,但“续航焦虑”仍是影响体验、限制功能扩展的主要瓶颈。当前主流产品多依赖锂电池与有线/无线充电,频繁充电不仅打断连续监测,也制约设备向更轻薄、更柔软的形态发展。尤其健康监测领域,设备需要长时间稳定运行,一旦供电中断,数据连续性和服务可靠性都会受影响。 (原因)热电发电可将温差直接转化为电能,被认为是可穿戴自供能的重要方向:人体皮肤温度通常高于环境温度,理论上可提供持续能量。但落地难点不在“能不能发电”,而在“能否在足够薄、足够舒适的前提下高效发电”。传统薄膜结构太薄,热量更容易沿垂直方向快速穿透并散失到空气中,难以在器件内部形成稳定、可利用的冷热梯度,发电效率因此受限。为拉大温差,过去常通过折叠材料或使用较厚的三维柱状结构增强热交换,但随之带来体积增大、佩戴不适、柔韧性下降等问题,与可穿戴对轻薄贴合的需求相冲突。 (影响)在可穿戴市场持续增长、应用从消费电子向医疗级管理延伸的背景下,如果能在不牺牲舒适度的情况下实现更稳定的自供能,可能带来多上变化:一是延长连续工作时间,提高心率、体温、睡眠等监测的连续性和可信度;二是减少对外部充电条件的依赖,降低维护频次,提升使用黏性;三是推动产品形态继续演进,为柔性电子、皮肤贴片式传感器等提供更匹配的电源方案。同时,这也可能对供应链提出新要求,包括材料体系、印刷制造工艺以及模块化集成能力等。 (对策)针对薄膜热电器件“薄则难形成温差、厚则不够舒适”的矛盾,首尔大学团队提出“伪横向热电发电器”设计,通过重构结构与热管理路径,使器件在保持完全扁平的情况下仍能建立温差并输出电能。其方法是:在可拉伸硅胶基底的特定区域嵌入导热铜纳米颗粒,引导人体热量不再主要向外界垂直散失,而是在材料表面方向形成更明显的横向热流,从而在同一平面内形成相邻的冷热区域。借此,器件在结构上模拟了热流与电流呈直角分布的效果,使温差更多由结构设计获得,而非依赖加厚堆叠。研究团队还采用油墨打印等工艺制备器件,强调柔韧性与可拉伸性,并提出模块化组装思路,以适配不同尺寸与形态的穿戴产品,为规模化生产提供思路。 (前景)从路线看,利用人体热量实现“无感供能”契合可穿戴产业的长期方向,但要走向广泛应用仍需解决多项关键问题:其一,发电功率与稳定性要能匹配实际负载,尤其连续监测、蓝牙通信等场景对瞬时功耗和供电稳定性要求更高;其二,材料长期贴肤的生物相容性、耐汗液腐蚀能力及机械疲劳寿命需要更系统的验证;其三,与现有电源管理芯片、能量存储单元(如微型电容或小型电池)的协同设计将直接影响终端体验;其四,规模化制造中的一致性、良率与成本控制同样关键。综合来看,若扁平化、柔性化、可印刷制造的热电电源能在功率密度与可靠性上持续提升,可能率先在低功耗健康监测、皮肤贴片传感器、运动数据采集等场景落地,并逐步向智能手表等更高功耗终端扩展。

随着更多创新跨过从实验室到产业化的门槛,人类与技术的互动方式也在变化;这项研究表明,突破关键瓶颈不仅依赖材料进步,也需要结构与系统层面的设计创新。在可穿戴设备迈向“无感供电”的过程中,如何让基础研究更高效地转化为可用产品,正在成为全球科技竞争的重要议题。