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--纖維制成的實用鋰離子電池。可穿戴設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)是可穿戴設備。如果可穿戴設備成為主流，大多數(shù)現(xiàn)代便攜式設備將立即被取代，因為可穿戴電子產(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)品本質上是脊狀的，而涉及可穿戴設備的應用通常需要靈活并與用戶有機地移動。

第二個挑戰(zhàn)是由柔性材料構成的電子設備需要能夠創(chuàng)建復雜的電路，因為最終的設備需要實用（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)代應用的邏輯技術（例如NMOS）。

第三個也是最重要的挑戰(zhàn)是可穿戴電子設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，但人們認為這種電池內阻太大，不能用作實用的電源。此外，先前的研究表明，生產(chǎn)此類纖維在長度超過幾厘米（例如高內阻）方面存在重大挑戰(zhàn)。

然而，中國團隊的研究表明，這種纖維的電阻不是線性的而是遵循雙曲余切函數(shù)關系，這意味著此類電池的內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。

中國團隊生產(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瓦時的標準纖維電池。這些纖維是通過將錳酸鋰顆粒沉積到碳納米管上而構成的，碳納米管通過凝膠電解質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，中國研究團隊開發(fā)的纖維電池是迄今為止最實用的可穿戴電子產(chǎn)品。創(chuàng)造一種不僅靈活而且即使在機械應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。這種技術可以進一步采用導電纖維編織成紡織品，這將使可穿戴設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。