能集成在可穿戴電子設備中的可定製的布料狀電源

超級電容器即使在拉伸時也能正常工作。圖片：新加坡南洋理工大學

新加坡南洋理工大學（NTU 新加坡）的科學家創造了一種可定製的布料狀電源，可以切割，摺疊或拉伸而不失其功能。

在材料科學與工程學院的副主席陳曉東教授的帶領下，該團隊在雜誌Advanced Materials（印刷版1月8日）上發表了他們是如何創建的可穿戴式電源，一個超級電容器，它就像一個快速充電電池，可多次充電。

至關重要的是，他們已經使超級電容器可定製或「可編輯」，這意味著它的結構和形狀在製造後還可以改變，同時保持其作為電源的功能。現有的可伸縮超級電容器被設計成預定的設計和結構，但是這個新發明的電容器可以被多方向地拉伸，並且當它被連接到其它電子部件時都能匹配。

這種新型超級電容器被編輯成類似蜂窩狀的結構時，能夠存儲比現有大多數可伸縮超級電容器高4倍的電荷。另外，當拉伸到其原始長度的四倍時，即使在10,000次拉伸和釋放循環之後，其仍保持接近98％的儲存電能的初始能力。

陳教授和他的研究小組進行的實驗也表明，當可編輯的超級電容器與感測器配對並放置在人體肘部時，其性能比現有的可伸縮超級電容器更好。這種可編輯的超級電容器即使在手臂擺動時也能提供穩定的信號流，然後通過無線方式將信號傳輸到外部設備，例如捕獲患者心率的設備。

研究作者認為，可編輯超級電容器可以很容易地批量生產，因為它依賴於現有的製造技術。因此生產成本將很低，生產1平方厘米的材料估計約需要0.13新元（0.10美元）。

該團隊已經為這項技術申請了專利

陳教授說，「一個可靠的、可編輯的超級電容器對於可穿戴電子工業的發展很重要。它還為「物聯網」領域帶來了各種各樣的可能性。因為可穿戴式電子能夠可靠地為自己供電和連接家中的設備以及其他環境進行通信。

「我自己的夢想是有一天我們的柔性超級電容器與可穿戴感測器結合起來，用於健康和運動性能診斷。隨著可穿戴電子產品能夠給自己供電，你能想像有一天，我們創建了一個設備，它可以非常靈敏地在馬拉松比賽中監視賽跑者，檢測到他們用力和過度勞累的信號。」

可編輯的超級電容器由強化的二氧化錳納米線複合材料製成。雖然二氧化錳是超級電容器的常用材料，但是超長納米線結構，用碳納米管和納米纖維素纖維網路加強，允許電極在定製過程中承受相關應變。

NTU團隊還與科學技術研究機構（A * STAR）材料研究與工程研究所（IMRE）軟材料部高級科學家，軟材料部門主任Loh博士合作。

Loh博士表示：「這些相互連接的可定製的多功能的布料類電源能夠在保持良好的性能的同時提供即插即用的功能。這些靈活的電源具有高度可伸縮性，是有前途的下一代『布料』能量存儲器，能夠集成到可穿戴電子設備中。」

資料來源：南洋理工大學提供的材料。 注意：可以根據樣式和長度編輯內容。

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