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2019年6月号

柔性织物锂电池

轻巧、可摺叠、储电量大的电源装置


或许你已拥有健身手环、智能手表和虚拟实境眼镜,也对穿戴式电子设备瞭如指掌。但各大电子设备生产商并不会因此而停下来,他们仍在努力开发,务求令你把更多新颖的产品穿戴到身上,像可摄录影片和控制无人机的智能眼镜、能瞬间消除语言障碍的翻译耳机等。据专家推测,到2026年,穿戴式电子设备市值将达一千五百亿美元[1]。然而,穿戴式科技的发展隐藏着一个关键问题:如果没有长寿的电源,再先进的科技也无用武之地。电子产品越小巧,电池的体积也越小,储电量自然也较小。而对于发展速度最快的智能服装来说[2],所需的电池更要有柔软的触感和可洗涤的特性。因此,纺织及服装学系的郑子剑教授领导团队开发全球首个柔性织物锂电池,成品小巧、柔软、储电量高,即使经过高度磨损,其性能及安全性亦丝毫不减,可说是未来穿戴式设备的必备电源。

现有充电池的缺点

智能手机和平板电脑等手提电子产品所用的都是由金属箔或金属板制成的传统锂电池。尽管这些锂电池的价格在过去十年间持续下调,但由于它既笨重又不能屈曲,因此在智能纺织品方面的发展仍非常有限。市面上的可弯曲锂电池虽比传统锂电池轻便一点,无奈储电量小,柔软度亦未如理想。郑教授解释道:「可弯曲电池始终是由金属箔制成,柔韧度自然较逊色,把它稍为弄弯尚可,但对摺就不行。要令发热衣物、智能鞋垫等服装发挥最大功用,所采用的锂电池必须拥有与织物相近的质感和柔韧度,于是我们想到以金属织物代替金属箔。」

电量大、充电快

团队利用专利技术,在织物表面加了一层导电能力极高的铜和镍镀膜,把它变成金属织物。与金属箔相比,金属织物不但有较佳的导电能力,也有较大的储电面积;因此,用它制成的锂电池有较强大的储电和充电功能。与同等体积的可弯曲锂电池相比,柔性织物锂电池的厚度即使不足0.5毫米,它的储电量却是可弯曲锂电池的两倍以上。实验证明,柔性织物锂电池经过500次充电及放电后,仍保留八成储电量,预计最多可充电和放电1,000次。

耐磨损、安全度高

理想的专业运动服装须能承受运动所带来的冲击和日常磨损。在这方面,织物锂电池有明显的优势,它可抵受严重的磨损,其功能与安全性并不会因外来冲击而受影响。在测试中,织物锂电池被反复摺叠、扭曲和揉皱超过1,000次后,操作仍然正常;然后它再被锤打、刺穿、剪破一部分,结果它的效能如旧,并无过热、起火或爆炸的情况出现。也就是说,即使遇上意外,织物锂电池也不会对穿着者造成伤害。另外,柔性织物锂电池可以清洗,穿着者不用把电池拆出来,直接清洗整件衣服即可。

2019年4月,高能量密度柔性织物锂电池于第47届瑞士日内瓦国际发明展中荣获金奖及两项优异奖。

 

[1] Manners, David. “Wearables Market worth $30bn, says IDTechEx.” 2016年7月8日。Electronics Weekly.com. 擷取自 https://www.electronicsweekly.com/news/business/wearables-market-worth-30bn-says-idtechex-2016-07/

[2] Bell, Lee. “Fresh Developments In Fabric Tech Could Finally Push The Arrival Of 'Truly Wearable' Smart Garments.” Forbes. 2019年4月29日. 擷取自 https://www.forbes.com/sites/leebelltech/2019/04/29/fresh-developments-in-fabric-tech-could-finally-push-the-arrival-of-truly-wearable-smart-garments/#3e81889f2114

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