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可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容

发布时间:2018-02-06 责任编辑:wenwei

【导读】超级电容是一种高效实用的新型储能器件。其作用与电池相似,但它可以快速充电,几秒钟之内就可以完全充满电,也可以反复充电很多次。超级电容具有充电速度快、循环寿命长、安全可靠、存储电能多、绿色环保等优点。它适用于任何需要快速充放电循环的应用领域。未来,它的市场前景非常广阔,将在电动汽车、大功率输出设备、消费电子设备等领域大显身手。
 
然而,在可穿戴技术和智能织物领域,超级电容也扮演着重要角色。笔者曾介绍过,英国曼彻斯特大学开发出的一种固态柔性超级电容器件。科学家通过丝网印刷技术,采用导电石墨烯氧化物油墨,直接将它打印在纺织品例如棉织物上。该超级电容器件的优势包括:机械柔韧性好、能量与功率密度高、运行安全性高、循环寿命长、成本低。
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:曼彻斯特大学)
 
此外,超级电容还有助于实现电子设备的自供电。所谓自供电,是指无需电池,从外部环境中采集热能、机械能、辐射能、化学能等形式的能量,为电子设备提供电力。美国得克萨斯大学达拉斯分校(UTD)和韩国汉阳大学科学家领导的国际科研团队开发出最新的高科技纱线“Twistron”,它可以在自身被拉伸或者扭转时产生电能。这种纱线由碳纳米管构成,本质上是一种超级电容。研究人员称,当将这种碳纳米管纱线浸入电解液时,纱线可以通过电解液本身来充电,不需要外加电源或者外加偏压实现。
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:UTD)
 
创新
 
今天,笔者将要介绍的创新成果也是一种超级电容。此外,它也是智能织物和自供电技术交叉融合的典型案例之一。
 
近日,新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家设计出一种织物般的电源,它经过剪切、折叠或者拉伸后并不会丧失功能。
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:新加坡南洋理工大学)
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:新加坡南洋理工大学)
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:新加坡南洋理工大学)
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:新加坡南洋理工大学)
 
现有可拉伸的超级电容都采用预先设定的设计和结构中,但是这项新发明却可以拉伸到多个方向,且当它连接到其他电子器件时,不容易发生匹配错误。下图展示了传统超级电容和这种可编辑的超级电容在制造方法上的区别。
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
(图片来源:新加坡南洋理工大学)
 
可穿戴技术新突破:形状可定制的织物超级电容
 
作者相信这种可编辑的超级电容非常容易量产,因为它依赖现有的制造技术。因此,生产成本也较低,估计约0.13新加坡元(0.10美元)可以生产1平方厘米的这种材料。
 
价值
 
Chen 教授表示:“一种可靠并可编辑的超级电容对于可穿戴电子产业的发展来说非常重要。当可穿戴电子器件能够可靠地给自身供电,并可以与家和其他环境中的设备进行连接和通信时,它也为‘物联网’领域打开了各种可能性。”
 
“我自己的梦想是有一天将我们的柔性超级电容与用于健康和运动表现诊断的可穿戴传感器相结合。通过可穿戴电子器件的自供电能力,你可以想象有一天,我们可以创造出用于在比赛期间检测马拉松赛跑运动员疲劳状态的设备,它具有很高的灵敏度并能检测一般劳累和过度劳累的信号。
 
Loh 博士表示:“这些互联的、织物般的电源可定制并具有多功能,能够提供即插即用的功能,并保持良好的性能。这些柔性电源是高度可拉伸的,是非常有前途的下一代‘织物’能量存储器件,这些器件将集成到可穿戴电子设备中。”
 
 
 
 
 
 
 
 
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