微电子技术的快速发展为可穿戴电源的研究开辟了新前景。柔性超级电容器-生物燃料电池（SC-BFC）由BFC能量收集模块和SC能量储存模块组成，是一种绿色环保的能量收集-储存混合设备。该设备使用BFC模块从佩戴者的汗水中收集能量，并将其存储在SC模块中以备后续使用。现有SC-BFC设备的SC的电极和BFC的酶载体采用不同的材料，使制备的成本和难度大大增加；更重要的是，现有的可穿戴SC-BFC缺乏有效的汗液管理和电极保护措施，使设备的运行稳定性和寿命大大降低。

在国家自然科学基金委创新研究群体项目的支持下，团队在柔性碳布上构建了高比表面积和高导电性的Au、Co共掺杂多孔碳纳米片阵列，用于SC-BFC设备（如图1所示）。团队通过电化学表征和密度泛函理论计算深入研究了该多功能电极用于SC-BFC的工作机理，由于双金属掺杂的协同作用，该电极用作对称SC的电极具有较高的电容性能，可以实现储能；同时，该电极用作BFC的酶纳米载体，为酶提供了较高的活性位点利用率和良好的催化微环境，可以实现对汗液中生化能量的转化和收集。与所报道的文献相比，其电化学性能展现出了巨大优势。

图1 可穿戴SC-BFC混合能量收集-存储装置示意图

团队基于自有的微流控加工技术，结合流体力学背景设计了微流控装置封装SC-BFC的电极，实现了高效的汗液管理。通过建立CFD仿真模型，证明了装置在可变汗液分泌速率和柔性运行环境的良好适应性（如图2所示）。该装置佩戴在人体皮肤上时，单个SC-BFC可自充电至0.8 V，能量和功率分别为7.2 mJ和80.3 μW，同时具有良好的机械耐久性（如图3所示）。

图2 不同弯折工况下微流控装置内部的流线

图3 SC-BFC能量收集系统电化学性能表征

团队成员表示这种成功的材料和器件设计策略可以促进可穿戴SC-BFC设备在身体上的发展，是迈向用于健康监测和人机交互的自供电可穿戴电子产品的重要一步。相关研究成果近期在Adv. Mater.（IF 32.086）上发表，博士研究生关首捷为本研究的第一作者，杨扬副教授、廖强教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体等项目的资助。

原文链接：DOI: 10.1002/adma.202304465