可穿戴技术与人体的整合需要具有机械兼容性且能够像生物系统一样持续发电的电源。与需要定期充电的电池不同，热电池能够通过无处不在的废热驱动的氧化还原反应来持续发电。然而，在机械适应性、抗疲劳性和离子传导性方面仍然存在挑战，严重限制了热电池在实际应用中的可持续性和寿命。
来自东华大学的武培怡团队将仿生机械训练被应用于开发具有分层原纤维和对齐纳米通道的抗疲劳和高导电热电池。它实现了机械性能和输出功率密度的同时增强，与现有的具有无序纳米网络的准固体热电池相比，机械韧性和离子电导率分别提高了约 1790 倍和 5 倍。可拉伸性可以适应人体的变形，并且功率密度可与最先进的准固体热电池相媲美。此外，这是阈值为 2500 J m-2 的抗疲劳热电池的首次亮相，它可与自然肌肉相媲美，使其能够充分利用连续能量转换模式。相关文章以“Anti-Fatigue and Highly Conductive Thermocells for Continuous Electricity Generation”标题发表在Advanced Functional Materials。
图1. a）本文的热电池的仿生设计和分层架构的示意图。
图2. a) 本文的热电池的照片以及用热电池反复提升 4000 克牛奶的过程。b) 热电池的循环标称应力-应变曲线。c) 在 150% 预应变下机械训练后，无缺口和有缺口热电池的标称应力-应变曲线。d) 100 和 500 次拉伸循环后缺口热电池的照片。e) 每个拉伸周期的裂纹扩展 ( dc/ dN）在增加能量释放率下的热电池。f) 热电池（本工作）与现有准固体热电池的机械性能（韧性、疲劳阈值和强度）的比较，并具有机械记录。
图3. a) 当人们按压、拉伸（10%应变）和弯曲（90 度角）时，我们的热电池的电压和电流图。b)热电池在不同温度场和不同机械载荷（包括拉伸和弯曲）下的P out与R载荷图。c) 热电池通过升压转换器与 LED 连接的示意图。d) 即使反复拉伸也能保持稳定运行的热电池的照片。e) 不同热电池阵列的输出电压。
虽然现有的热电池模仿生物体的能量转换机制，并为可穿戴设备提供持续发电的可能性，但它们的可用性、使用寿命和可扩展应用目前受到机械性能差的限制，尤其是长期抗疲劳性。在这项工作中，受自然肌肉结构-特性相关性的启发，本文设计了一个准固体热电池来模拟自然肌肉中的分层原纤维和排列的纳米通道。
这个概念是通过机械训练具有可重构物理交联网络的市售聚合物来证明的。最初机械性能较差的热电池可以自我重组类似肌肉的分层结构，并在不影响热电功率密度的情况下显着改善其长期机械性能。拉伸性、韧性和疲劳阈值≈470%, 17 900 J m-2和 2500 J m -2，相对而言甚至高于自然肌肉。与现有的具有无序纳米网络的准固体热电池相比，离子电导率增加了约 5 倍，这可能是由于对齐的纳米通道对离子传输的贡献。功率密度可与最先进的准固体热电池相媲美。
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