研究人员的太阳能充电电池系统融合了功能与舒适。（来源：Zamarayeva 等人，Sci. Adv. 2017；3：e1602051） 将电子元件融入我们所穿的一切中是未来的时尚趋势。但那些 LED、健康传感器、加热器以及我们将想出的任何其他东西都需要能量。电池是一个合乎逻辑的解决方案，但设计一款既坚固高效又舒适的电池一直很困难。然而，在今天发表于《科学进展》杂志上的一项研究中，加州大学伯克利分校的一个团队描述了一种可能满足所有这些参数的电池。该电池由弹簧制成，并由集成的太阳能电池充电。该电池前所未有地能够承受反复弯曲并在任何方向上弯曲，因此非常适合集成到健康监测器等可穿戴电子设备中。伯克利大学的博士后研究员 Aminy Ostfeld 表示，该项目源于“当前可穿戴设备对人的舒适度的限制因素是什么？”这一问题。Ostfeld 说，即使是一个小小的手表电池，与最先进的可弯曲传感器相比，也显得“又大又笨重又不舒服”。
电池由几个主要组件构成：阳极、阴极和电解质。锂离子电池等商用电池设计由两个固体电极和一个液体电解质组成。这些组件本身没有值得注意的内在弹性，并且迄今为止，尝试使用更灵活的材料制成它们都会显著牺牲电池性能。在这个新电池中，刚性金属部件被缠绕成线圈（弹簧），然后层叠在一起。由此产生的电池看起来像一个长而细的 Slinky。“这种电池设计为我们提供了很多选择，”该论文的主要作者之一、研究生 Alla Zamarayeva 说。弹簧的紧度和尺寸可以根据不同的应用进行定制。“安全性是主要的设计考虑因素，”Zamarayeva 说，当设备要被佩戴时。选择银锌电池设计是因为其高能量密度和无毒材料。Zamarayeva 表示，她希望将来能制造出既安全又可生物降解的电池组件。“这些可穿戴设备的处置将成为一个问题……我们需要向前看并预料到这一点，”她说。Ostfeld 设计的太阳能电池也考虑了灵活性和日常照明。Zamarayeva 说，将电源连接到电池是“一个人们并不真正欣赏的巨大进步”。
集成到可穿戴手环中的光伏模块和导线电池。（来源：Zamarayeva 等人，Sci. Adv. 2017；3：e1602051） 该领域的绝大多数研究都集中在电池、充电机制和传感器组件本身，但优化集成系统需要付出巨大的努力。Ostfeld 认为他们的团队可能会致力于寻找整体解决方案。在所有设计方面，Ostfeld 和 Zamarayeva 都认为可再生能源对于可穿戴设备的未来至关重要。电子设备变得越小，我们拥有的电子设备越多，通过插电为所有设备充电就变得越不方便。Ostfeld 说：“你不会随身携带一罐汽油，你必须从环境中收集能量。”作为概念验证，电池和太阳能电池被组合成了一个简单而引人注目的手环。Ostfeld 说：“从可穿戴医疗传感设备的角度来看，手腕尤其可以测量大量的生命体征……但我们设计的电池设计实际上可以应用于身体其他任何地方，因为它们在机械上非常灵活。”
