2021年9月3日消息，最近，來自中國的研究人員展示了可織成紡織品--纖維制成的實(shí)用鋰離子電池。可穿戴設(shè)備中的電池面臨哪些挑戰(zhàn)，研究人員取得了哪些成果，以及纖維電子產(chǎn)品將如何改變可穿戴行業(yè)？

可穿戴設(shè)備中的電池面臨哪些挑戰(zhàn)？

在這個星球上的所有行業(yè)中，最能從電子產(chǎn)品中受益的行業(yè)是可穿戴設(shè)備。如果可穿戴設(shè)備成為主流，大多數(shù)現(xiàn)代便攜式設(shè)備將立即被取代，因?yàn)榭纱┐麟娮赢a(chǎn)品提供了更大的便利性和可用性。

然而，對于可穿戴電子產(chǎn)品成為主流，需要面對多重挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)是電子產(chǎn)品本質(zhì)上是脊?fàn)畹模婕翱纱┐髟O(shè)備的應(yīng)用通常需要靈活并與用戶有機(jī)地移動。

第二個挑戰(zhàn)是由柔性材料構(gòu)成的電子設(shè)備需要能夠創(chuàng)建復(fù)雜的電路，因?yàn)樽罱K的設(shè)備需要實(shí)用（即能夠執(zhí)行現(xiàn)代功能）。柔性電路已經(jīng)被證明，但幾乎所有這些都不適合商業(yè)電子產(chǎn)品使用。它們要么太耗電，要么使用不適合現(xiàn)代應(yīng)用的邏輯技術(shù)（例如NMOS）。

第三個也是最重要的挑戰(zhàn)是可穿戴電子設(shè)備需要由同樣可穿戴的能源供電。一些研究人員正在研究使用能量收集器從周圍環(huán)境中獲取能量.然而，此類電源通常產(chǎn)生的功率極小，因此，即使是最重要的電路也無法供電。

研究人員開發(fā)出纖維鋰離子電池

最近，來自中國的研究人員開發(fā)高性能編織鋰離子纖維電池可以織成紡織品和其他材料。

雖然以前已經(jīng)生產(chǎn)過這種纖維電池，但人們認(rèn)為這種電池內(nèi)阻太大，不能用作實(shí)用的電源。此外，先前的研究表明，生產(chǎn)此類纖維在長度超過幾厘米（例如高內(nèi)阻）方面存在重大挑戰(zhàn)。

然而，中國團(tuán)隊(duì)的研究表明，這種纖維的電阻不是線性的而是遵循雙曲余切函數(shù)關(guān)系，這意味著此類電池的內(nèi)阻隨著電池長度的增加而趨于穩(wěn)定。研究人員還指出，使用不同技術(shù)的纖維電池具有相同的電阻特性，其中電阻隨著電池長度的增加而趨于穩(wěn)定。

中國團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的電池纖維的能量密度為每公斤85.69瓦時，明顯高于通常每公斤能量密度僅為1瓦時的標(biāo)準(zhǔn)纖維電池。這些纖維是通過將錳酸鋰顆粒沉積到碳納米管上而構(gòu)成的，碳納米管通過凝膠電解質(zhì)與涂有硅樹脂的碳納米管板分離。

研究中特別令人感興趣的是，該纖維被證明在500次充電循環(huán)后仍能保持其容量的90.5%，在100,000次機(jī)械彎曲循環(huán)后仍能保持其容量的80%以上。因此，研究人員能夠證明這種新纖維可以安全地編織成紡織品、洗滌和穿著，同時保持其保持電荷的能力。

可穿戴電源的未來

所有的正在開發(fā)的電源對于可穿戴電子產(chǎn)品，中國研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的纖維電池是迄今為止最實(shí)用的可穿戴電子產(chǎn)品。創(chuàng)造一種不僅靈活而且即使在機(jī)械應(yīng)力下也能保持充電的電源的能力是生產(chǎn)可穿戴電子產(chǎn)品的重要一步。

雖然這研究仍處于早期階段，它表明未來的可穿戴電子產(chǎn)品可以由將電池集成到纖維中的紡織品供電。這種技術(shù)可以進(jìn)一步采用導(dǎo)電纖維編織成紡織品，這將使可穿戴設(shè)備可以直接連接到電池或通過電感耦合，以利用近距離來提高整體效率。