可穿戴技術新沖破：形狀可定制的織物超級電容

2021-04-24 ryder

超級電容是一種高效實用的新型儲能器件。其作用與電池相近，但它可以快速充電，幾秒鐘之內就可以完全洋溢電，也可以反復充電很多次。超級電容具有充電速度快、循環壽命長、安全可靠、存儲電能多、綠色環保等優勢。它適用于任何需要快速充放電循環的使用范疇。將來，它的將來方向非常廣闊，將在電動車、大功率輸出設備、消費電子設備等范疇大顯身手。

然而，在可穿戴技術和智能織物范疇，超級電容也扮演著緊要角色。筆者曾解析過，英國曼徹斯特大學開發出的一種固態柔性超級電容器件。科學家通過絲網印刷技術，采用導電石墨烯氧化物油墨，筆直將它打印在紡織品例如棉織物上。該超級電容器件的優點包括：機械柔韌性好、能量與功率密度高、運行安全性高、循環壽命長、成本低。

（圖片來源：曼徹斯特大學）

此外，超級電容還有助于實現電子設備的自供電。所謂自供電，是指無需電池，從外部環境中采集熱能、機械能、輻射能、化學能等形式的能量，為電子設備提供電力。美國得克薩斯大學達拉斯分校（UTD）和韓國漢陽大學科學家領導的國際科研團隊開發出最新的高科技紗線Twistron，它可以在自身被拉伸或者扭轉時萌生電能。這種紗線由碳納米管構成，本質上是一種超級電容。研究人員稱，當將這種碳納米管紗線浸入電解液時，紗線可以通過電解液本身來充電，不需要外加電源或者外加偏壓實現。

（圖片來源：UTD）

創新

今天，筆者將要解析的創新成果也是一種超級電容。此外，它也是智能織物和自供電技術交織融合的典型案例之一。

近日，新加坡南洋理工大學（NTUSingapore）的科學家設計出一種織物般的電源，它經過剪切、折疊或者拉伸后并不會喪失功能。

（圖片來源：新加坡南洋理工大學）

現有可拉伸的超級電容都采用預先設定的設計和結構中，但是這項新發明卻可以拉伸到多個方向，且當它連接到其他電子器件時，不容易發生匹配錯誤。下圖展示了傳統超級電容和這種可編輯的超級電容在制造辦法上的區別。

（圖片來源：新加坡南洋理工大學）

作者相信這種可編輯的超級電容非常容易量產，因為它依靠現有的制造技術。因此，加工成本也較低，估計約0.13新加坡元（0.10美元）可以加工1平方厘米的這種材料。

價值

Chen教授表示：一種可靠并可編輯的超級電容對于可穿戴電子產業的發展來說非常緊要。當可穿戴電子器件能夠可靠地給自身供電，并可以與家和其他環境中的設備進行連接和通信時，它也為lsquo物聯網rsquo范疇打開了各種可能性。

我自己的夢想是有一天將我們的柔性超級電容與用于健康和運動表現診斷的可穿戴傳感器相結合。通過可穿戴電子器件的自供電能力，你可以想象有一天，我們可以創造出用于在比賽期間測試馬拉松賽跑運動員疲勞狀態的設備，它具有很高的靈巧度并能測試一般勞累和過度勞累的信號。

Loh博士表示：這些互聯的、織物般的電源可定制并具有多功能，能夠提供即插即用的功能，并保持良好的性能。這些柔性電源是高度可拉伸的，是非常有前途的下一代lsquo織物rsquo能量存儲器件，這些器件將集成到可穿戴電子設備中。