中科院苏州纳米所研发宽温域镁基自供能传感织物

近日，中国科学院苏州纳米所张其冲、李清文、白志青团队取得重要科研突破，研发出一款基于水系镁金属电池的自供能压力传感织物，相关成果刊发于国际知名期刊《Science Advances》。该器件集成储能、供电、压力感知功能，可在零下 40 摄氏度至 100 摄氏度极端区间稳定工作，为人形机器人、极地科考、高温工业巡检等极端场景智能感知提供全新解决方案。

随着智能穿戴装备与人形机器人产业快速发展，柔性压力传感器作为仿生皮肤核心元件应用需求持续扩大。极地、高温厂区、灾害救援等特殊场景对传感器提出多重严苛要求：既要精准识别微弱压力信号，又要摆脱外接电源限制，同时在巨大温差下长期稳定运行。当前主流电池型压力传感器难以兼顾宽温稳定性与高灵敏度，成为行业发展瓶颈。

水系镁金属电池凭借 - 2.36 V 的低氧化还原电位、2204.97 mAh g⁻¹ 超高理论比容量，成为自供能传感器理想储能载体。在此前研究中，团队通过钴掺杂改性电极材料，构建自修复机制优化镁离子传输效率，相关成果已发表于《Journal of the American Chemical Society》，为本次传感织物开发夯实材料理论基础。

本次研发的传感织物采用镁织物负极、NiOOH 织物正极搭配 PEO-MgCl₂准固态电解质的复合结构。多孔电解质内部形成氢键网络，既能束缚水分子抑制镁负极腐蚀，又能阻止高低温下电解质结晶失效，从微观层面解决器件宽温工作难题。实测数据显示，该织物压力灵敏度达 687.32 mV kPa⁻¹，最低可捕捉 0.96 Pa 的微弱压力，连续循环 20 万次后性能无明显衰减，动静态压力检测均具备出色稳定性。

为探明器件稳定工作内在机理，研究团队结合有限元模拟与分子动力学仿真，完整阐释 “压力 - 界面阻抗 - 电位信号” 转换逻辑，清晰揭示准固态电解质抗结晶、抗腐蚀的微观作用路径，填补了宽温域电池型传感材料的机理研究空白。

科研人员进一步搭建传感阵列，并融合机器学习算法完成多场景实测验证。在 - 18℃至 80℃温差环境中，织物可稳定输出触觉信号；依托信号特征数据库，系统能够精准区分球体、工具、方块等不同物体，实现智能分类识别。同时织物本身具备透气透湿特性，除机器人仿生皮肤外，还可拓展至人体呼吸监测等医疗穿戴、极端环境救援探测设备。

业内表示，这款镁金属电池传感织物突破传统柔性传感器温域受限、需外接电源、寿命较短等短板，打通了极端环境自驱动触觉感知技术路线，大幅推动柔性自供能传感领域技术迭代，未来有望在极地探测、高温智能作业、特种机器人等领域落地应用。