随着连续健康监测、便携式诊疗和柔性生物电子技术快速发展，电源已成为影响医疗器械长期可靠运行的重要基础单元。尤其对于可穿戴、贴附式和便携式设备，供能系统不仅要具备良好的容量和快速充放电能力，还需兼顾高安全性、长寿命和环境友好。
近日，广东医科大学曾今诚团队联合大湾区大学、深圳技术大学及南方医科大学第三附属医院，在国际知名期刊 Small （影响因子11.8） 发表题为“Near-Zero Degradation in a Ladder-Type Polymer Cathode via Zn2+-Buffered Proton Storage”的研究论文。该研究围绕面向可穿戴医疗器械的安全、稳定、长寿命供能需求，揭示了Zn2+介导的局部质子缓冲与刚性梯形聚合物骨架协同稳定储能过程，为高耐久水系锌有机电池及其潜在医疗供能应用提供了新的材料与机制基础。
水系锌电池采用水系电解液，具有不易燃、安全性较高、成本较低和环境友好等特点。从医疗器械供能需求看，这类体系的价值不仅在于“能存多少电”，更在于能否在长期、反复充放电中保持稳定。传统有机电极容易因储能机制不稳定和结构松弛出现容量衰减。针对这一问题，研究团队选用具有刚性π共轭梯形骨架的聚苯并咪唑苯并菲咯啉（BBL）作为正极材料，构建水系锌有机电池，重点解决有机电极长期循环稳定性这一关键问题。
研究发现，在弱酸性ZnSO4电解液中，Zn2+/SO42-相关界面平衡以及碱式硫酸锌的可逆或部分可逆形成，可在电极/电解液界面附近建立相对稳定的局部质子环境，相当于为质子耦合储能提供“局部缓冲”。这一环境可持续支持BBL中含亚胺氮位点发生质子耦合电子转移；与此同时，BBL刚性梯形骨架有助于促进电荷离域并抑制循环过程中的结构松弛。界面质子调控与刚性分子骨架协同，使电极兼具快速反应动力学和超长循环稳定性。
在1 A g-1电流密度下，该电极可稳定循环46,000次，放电比容量仅由约136 mAh g-1变化至约135 mAh g-1，容量保持率约99%，呈现近乎“零衰减”的循环特征；在10 A g-1高倍率条件下仍可保持约96%的容量。即使在30 A g-1下循环超过130,000次，仍保持良好的容量保持能力。对于需要长时间工作、频繁充放电并强调可靠性的可穿戴健康监测和便携式医疗设备，这种“高安全属性+超长寿命”的材料特征具有明确的应用启发意义。
本研究的医疗关联主要体现在“供能材料基础”层面：水系电解液带来的较高安全性，与近零衰减的长期循环表现相结合，为未来面向可穿戴健康监测设备、便携式医疗仪器和柔性生物电子系统的安全、耐久供能提供了新的候选材料和设计思路。需要强调的是，本研究尚未完成医疗器械级电池产品或临床场景验证，相关应用仍处于前期探索阶段；后续还需通过软包电池、柔性封装和器件集成等环节进一步验证其实际应用能力。
该研究体现了医学与材料、物理等方向的交叉合作。广东医科大学为本论文第一通讯单位，广东医科大学曾今诚、大湾区大学赵康宁和陈虎为论文共同通讯作者，2023级硕士研究生张少冰为论文共同第一作者；南方医科大学第三附属医院麻醉科参与合作。研究得到广东省基础与应用基础研究基金、东莞市基础研究计划、东莞市科技社会发展项目及中国博士后科学基金等项目支持。
论文信息：
Near-Zero Degradation in a Ladder-Type Polymer Cathode via Zn2+-Buffered Proton Storage,Small, 2026
https://doi.org/10.1002/smll.75716
（图文/林碧华 审核/韩翠芳 复核/曾今诚 审发/黄功华）
