元素百科为您介绍《Science Advances》自充电编织物的研发成功地集成了多种能量的收集和存储。可穿戴电子设备，如电子皮肤、智能手表、运动手镯等，已显示出取代传统电子产品的巨大潜力，但由于设备体积有限，电池寿命短，应用有限。传统的策略是将轻、高效的发电模块和高能存储装置直接集成到可穿戴电子系统中，如基于纤维的光伏电池和电容器组成的自供电系统。然而，光伏电池的工作状态取决于天气和其他外部条件，只能在足够的光下工作，昼夜交替，雾霾严重，太阳能间歇性和不可预测性决定不总是可用的，如何利用不同的工作机制从环境中收集能量来替代和补偿太阳能不足的需求是迫切的。相比之下，2012年，中国科学院纳米能源与系统研究所首席科学家、佐治亚理工学院董事教授王中林提出的摩擦纳米发电机可以从环境中获得不同的机械能量。摩擦纳米发电机主要基于摩擦带电和静电感应的耦合效应，其频率低于5 Hz机械能具有传统发电机不可战胜的优势，非常适合收集波浪、潮汐、人体运动等传统方法难以收集的能量，提出了从环境中同时收集各种能量的新策略，结合两种不同的发电单元收集太阳能和机械能并储存，能源资源可以有效互补利用。
自充电编织物的研发过程
针对上述想法，在王中林院士的指导下，由文震博士、叶敏欣博士、郭恒宇组成的团队开发了多能量收集和储存复合织物系统，基于纤维管状摩擦纳米发电机、染料敏化太阳能电池和超级电容器。其中，染料敏化太阳能电池主要采用EVA软管作为基本框架结构。TiO2纳米管采用电化学阳极氧化法制备，PT作为电极生长在碳纤维上。注入电解质包装后，形成单纤维管状染料敏化太阳能电池，短路电流密度、开路电压和填充因子分别为11.92 mA/cm2，0.74 V，光电转换效率可达5.64%，0.64；超级电容器主要以EVA软管为基础框架结构，采用蒸汽热法在碳纤维上制备Ruo2xh2O，以PVA/H3PO4为电解液，在1000μ在A的高电流密度下，比电容器仍然可以保持在1.9 mF/cm，能量密度可达1.37 mJ/cm；摩擦纳米发电机主要是基于染料敏化太阳能电池和超级电容器的基础结构，将电极和摩擦层材料涂在EVA管表面，单对纤维管摩擦纳米发电机在模拟接触分离运动时可输出12.6 V电压和0.15 μA电流。单个设备采用柔性结构材料，在不同弯曲角度表现出良好的输出性能，可任意组合上述设备，编织成不同的形状和风格，根据输出性能设计电路，最终收集太阳能和人体运动机械能，存储在织物中。单个设备采用柔性结构材料，在不同弯曲角度表现出良好的输出性能，可任意组合上述设备，编织成不同的形状和风格，根据输出性能设计电路，最终收集太阳能和人体运动机械能，存储在织物中。
可持续供电织物设备应用
可持续供电织物具有非常高的能量收集效率，可以很容易地驱动传统的电子设备，如发光二极管、数字手表和各种传感器，我们相信通过后续改进和工业标准制造，在不久的将来，可以很容易地使用我们的新型自动供电纺织品直接为更大功率的可穿戴电子设备充电。
