http://phys.org/news/2013-11-ultra-flexible-battery-demands-wearable-electronics.html
By Lisa Zyga feature, Nov 18, 2013
(Phys.org) -- 雖然有許多新近研究以彈性（flexible，可撓性）電子裝置為主，那能被整合到衣服、眼鏡、手錶甚至是皮膚中，不過這種技術的限制性因素（limiting factor）是電池。雖然最近已開發出由奈米碳管與石墨烯所製成的彈性電池，但由於它們的高電阻（high resistance，高阻抗）與可縮放性（scalability）問題，仍面臨許多阻礙。
現在，在一項新研究中，研究者已利用新材料澈底翻修（overhauled）一典型電池的關鍵元件，相較於碳奈米材料製成的彈性充電式電池，那在極端折疊的狀態下提供更優異的效能。
最終，像這樣的織物電池（textile battery）可以被附加到衣服上或內嵌到服裝纖維的紡織層（woven layers）間。它能供電給含括今日智慧型手機所有功能（從看影片、拍照到使用社群媒體）的可穿戴式電子裝置。
這些研究者，由位於南韓大田 KAIST， KAIST Institute NanoCentury 的 Taek-Soo Kim, Jung-Yong Lee, and Jang Wook Choi 所領導，已將他們關於新可穿戴電池的論文發表在最近一期的 Nano Letters 上。
正如同彈性電子裝置的限制性因素是電池，彈性電池的限制性因素則是電極、電流收集器（current collector）與其他關鍵電池元件，那在傳統上以堅硬材料製成。
對於這些關鍵元件，這些研究者並非使用碳奈米材料，而是研究了一大堆非傳統電池材料候選者。他們最終選定以聚脂紗（polyester yarn）為織物基質（textile substrate），他們將之塗布鎳以作為電流收集器。鎳塗層接著塗布上聚胺酯（polyurethane）以形成電極，緊接著是黏著劑（binder）與隔膜（separator，分離器、隔板），那支撐電極。
"我們研究的最重要之處在於，當建構電池總成的材料與基底服裝（mother clothes），即織物，一樣時，鋰離子電池的穿戴特性將變得很便利，" Choi 表示。"將目標應用的材料與附加電池之處契合（engaging），藉此來重塑電池系統，是當前研究中的關鍵構想。"
這些材料聚在一起的時候，會創造出一種具有高效能與優異彈性的電池。在效能方面，鎳塗層使電池的電阻變得非常小，比奈米碳材還小了幾個數量級，且類似傳統（非彈性）電池所用的鋁。
研究者們建立一部手工打造的折疊工具，那能以緊密擠壓的 0.65 mm 折疊半徑與每隔 1.5 cm 的距離來折疊電池 -- 這種折疊程度比用來測試其他織物電池的流程還要更加極端 -- 藉此展示該電池在折疊狀態下的良好表現。
儘管如此，這種新電池，在 5500 深度折疊、攤開週期後，仍可維持 91.8% 的蓄電量。（這種電池的電容為 13 mAh，但利用不同的織法來紡織聚脂紗可將其改善至 85 mAh，而且研究者預期未來會有更進一步的改良。）
除了這些吸引人的特性外，研究者們也證明彈性聚合物太陽能電池能被整合到織物電池中，並在穿戴時用來替電池充電，這排除每次充電時都需要將電池（以及你的衣服或手錶等等）連接到插座上的困擾。研究者們寫道，這種太陽能充電系統很合用，並證明一個完全經由太陽能充電的織物電池能夠點亮九個 LEDs，每一個消耗功率為 0.042 W。
整體而言，這種新織物電池證明，可穿戴式電子裝置的能量儲存元件能趕上其他元件，使可穿戴式電子裝置更靠近現實一步。
"端看目標應用，我們需要在幾個面向更進一步微調電池特性（能量密度、運作電壓等），" Choi 表示。"目前正朝著「與業界溝通，處理末端應用」這個方向進行中。"
※ 相關報導：
＊ Wearable Textile Battery Rechargeable by Solar Energy
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl403860k
Yong-Hee Lee, Joo-Seong Kim, Jonghyeon Noh, Inhwa Lee,＊ 量子點讓「彩虹」太陽能電池不再是夢想
Hyeong Jun Kim, Sunghun Choi, Jeongmin Seo,
Seokwoo Jeon, Taek-Soo Kim, Jung-Yong Lee,
and Jang Wook Choi.
Nano Lett., 2013, 13 (11), pp 5753–5761
doi: 10.1021/nl403860k
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