自供电的双功能光纤器件，集成了交流电电致发光技术和稳定的锌离子电池

《Advanced Fiber Materials》：Self-Powered Bifunctional Fiber Devices Integrating Alternating Current Electroluminescence and Stable Zinc-Ion Batteries

本研究开发了一种新型ACEL锌离子电池双功能纤维电极，通过电纺工艺将ZnS:Cu和PDMS整合为纳米纤维层，利用PDMS交联剂增强锌结合，改性凝胶电解质实现功能切换。对称电池表现出2000小时长循环寿命（纤维电池1100小时）、180 mAh/cm3体积容量和311.56 mWh/cm3能量密度，ACEL器件在120 cd/m2亮度下保持层状结构。该纤维器件可编织成纺织品，结合DC/AC转换芯片实现自供电发光，为可穿戴能源-发光系统提供新平台。

　　

摘要

随着可穿戴电子产品中对集成化、柔性和自供电系统的需求不断增长，能量存储与电致发光功能的分离已成为限制其实际应用的关键瓶颈。本研究提出了一种创新的交流电致发光（ACEL）锌离子电池（ZIB）双功能纤维电极（AZ-纤维电极），该电极通过静电纺丝技术制备，将传统的电致发光材料（ZnS:Cu、聚二甲基硅氧烷（PDMS）集成到纳米纤维层中。值得注意的是，PDMS中的交联剂有助于锌与纳米纤维层的结合，而改性的水凝胶电解质则实现了功能切换。在ZIB的背景下，光引发剂复合水凝胶电解质显著增强了Zn²⁺的迁移能力并抑制了枝晶的形成。这些对称电池展现了出色的循环寿命（2000小时，纤维电池为1100小时），同时具有180 mAh cm^?3的高体积容量和311.56 mWh cm^?3的能量密度。对于交流电致发光（ACEL）设备而言，热引发剂确保了相分离，保持了双功能层的完整性，并实现了120 cd m^?2的最大亮度。AZ-Fiber设备通过共享电池阳极作为ZIB和ACEL的共同电极来实现无缝集成。此外，AZ-Fiber设备还可以编织成具有可定制图案的纺织品。通过集成直流/交流（DC/AC）转换芯片，这些纺织品能够实现自供电发光。这种结合了高能量容量和显著柔性的集成AZ-Fiber设备为可穿戴能量-发光应用提供了一个有前景的平台。

图形摘要

随着可穿戴电子产品中对集成化、柔性和自供电系统的需求不断增长，能量存储与电致发光功能的分离已成为限制其实际应用的关键瓶颈。本研究提出了一种创新的交流电致发光（ACEL）锌离子电池（ZIB）双功能纤维电极（AZ-纤维电极），该电极通过静电纺丝技术制备，将传统的电致发光材料（ZnS:Cu、聚二甲基硅氧烷（PDMS）集成到纳米纤维层中。值得注意的是，PDMS中的交联剂有助于锌与纳米纤维层的结合，而改性的水凝胶电解质则实现了功能切换。在ZIB的背景下，光引发剂复合水凝胶电解质显著增强了Zn²⁺的迁移能力并抑制了枝晶的形成。这些对称电池展现了出色的循环寿命（2000小时，纤维电池为1100小时），同时具有180 mAh cm^?3的高体积容量和311.56 mWh cm^?3的能量密度。对于交流电致发光（ACEL）设备而言，热引发剂确保了相分离，保持了双功能层的完整性，并实现了120 cd m^?2的最大亮度。AZ-Fiber设备通过共享电池阳极作为ZIB和ACEL的共同电极来实现无缝集成。此外，AZ-Fiber设备还可以编织成具有可定制图案的纺织品。通过集成直流/交流（DC/AC）转换芯片，这些纺织品能够实现自供电发光。这种结合了高能量容量和显著柔性的集成AZ-Fiber设备为可穿戴能量-发光应用提供了一个有前景的平台。

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