鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：938次 | 2021年12月22日
這種鋅離子電池可融于編織物中，為智能衣物帶來(lái)“福音”
一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，毫米薄的無(wú)線可充電纖維電池可以編織到衣服中，作為可穿戴電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的樞紐。
根據(jù)英國(guó)劍橋新興技術(shù)分析公司IDTechEx的數(shù)據(jù)，可穿戴電子產(chǎn)品正變得越來(lái)越受歡迎，2020年的總市場(chǎng)價(jià)值接近800億美元，自2014年以來(lái)年收入增長(zhǎng)了兩倍。因此，研究人員一直在尋求為可穿戴設(shè)備開發(fā)越來(lái)越強(qiáng)大的能源，這些設(shè)備也足夠靈活，可以舒適地貼合人體。
盡管柔性超級(jí)電容器具有高功率密度，但其相對(duì)較低的能量密度和較短的放電持續(xù)時(shí)間限制了其實(shí)際應(yīng)用。柔性鋰離子電池具有更高的能量密度，但對(duì)其安全性的基本擔(dān)憂限制了它們?cè)诳纱┐骷夹g(shù)中的廣泛采用。
鋅離子電池是一種很有前途的可穿戴設(shè)備柔性儲(chǔ)能技術(shù)，理論上具有高容量、低成本和良好的安全性。然而，已證明有助于這些電池內(nèi)電荷流動(dòng)的凝膠電解質(zhì)的制造具有挑戰(zhàn)性，并且通常具有較差的機(jī)械性能和低離子電導(dǎo)率。
現(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出能量密度相對(duì)較高的可充電鋅離子電池，達(dá)到每升91瓦時(shí)，與鋰離子電池的能量密度為每升250至670瓦時(shí)相當(dāng)。他們可以將電池制造為直徑僅一毫米的纖維，事實(shí)證明這種纖維的彈性與人類皮膚大致相同，能夠拉伸230%而不會(huì)斷裂，成本低，每15厘米0.64美元，重量輕，每15厘米重1.26克。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
“智能服裝是我們的目標(biāo)?！痹撗芯康闹饕髡?、加州大學(xué)洛杉磯分校的電氣工程師肖肖說(shuō)。
肖說(shuō)，新的鋅-二氧化錳電池使用了一種電解液，該電解液由兩種常見材料，聚乙烯醇水凝膠和氧化石墨烯薄片以一種簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的方式制成。均勻散布在整個(gè)水凝膠中的薄片有助于使電解質(zhì)具有每厘米21毫西門子的高離子電導(dǎo)率，大致與鋰離子電池中使用的電解質(zhì)相當(dāng)。水凝膠使電解質(zhì)變得靈活，甚至能夠自我修復(fù)——當(dāng)材料被切割時(shí)，讓切割的碎片接觸足以將它們粘合在一起。
之前的研究開發(fā)了一種用于智能服裝的紗線狀鋅離子電池。然而，這項(xiàng)先前的工作顯示出較低的能量密度，并且還依賴于相對(duì)昂貴的碳納米管，而這項(xiàng)新工作由于使用了氧化石墨烯薄片而可能更具可擴(kuò)展性。
在實(shí)驗(yàn)中，新型纖維電池在500多個(gè)小時(shí)的放電和充電后表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能，在1000次這樣的循環(huán)后仍保持98%的容量。當(dāng)連接到無(wú)線充電終端時(shí)，科學(xué)家們注意到這些電池可以通過(guò)智能手機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行無(wú)線充電或無(wú)線充電。
通過(guò)將這些纖維封裝在硅膠中，研究人員使這些電池在空氣中穩(wěn)定且防水，即使浸入水中也能供電。這些護(hù)套還可以保護(hù)人體皮膚免受電池的傷害。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
研究人員建議，這種可穿戴電源可以作為紡織體域網(wǎng)(TBAN)的樞紐，類似于連接家庭和辦公室計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備的局域網(wǎng)。受這個(gè)想法的啟發(fā)，他們將光纖電池集成到一件襯衫中，并在其中嵌入了多個(gè)傳感器、電路和無(wú)線充電終端。該服裝可以測(cè)量心率、溫度、濕度和海拔信號(hào)，并通過(guò)藍(lán)牙將這些數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到智能手機(jī)，志愿者在攀爬時(shí)穿著并測(cè)試它，以證明它可以在戶外鍛煉時(shí)工作。
“我們相信由纖維電池供電的TBAN將成為未來(lái)智能服裝的方向，這項(xiàng)工作將為個(gè)性化醫(yī)療提供一個(gè)有前景的路線圖?！毙ふf(shuō)。
這件原型服裝采用了剛性傳感器。未來(lái)，科學(xué)家們的目標(biāo)是開發(fā)靈活的傳感器，以及可以從身體運(yùn)動(dòng)中獲取能量來(lái)發(fā)電的織物，甚至是紡織品屏幕。我們的目標(biāo)是讓這種智能面料在戶外使用起來(lái)舒適，并且在登山和遠(yuǎn)足等戶外活動(dòng)中經(jīng)久耐用。
肖和他的同事在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。
