聚合物锂电池材料怎么获取能源然后存储下来

在最近的研讨中将能量收集电子技术融入到织物中，具有全新的意义。例如，太阳能技术的行进将很快产生可用于为电池和电力设备充电的服装和室内装潢。用聚合物压电纤维编织的材料可以舒适地穿戴，从简单的运动中获取能量。依据GaN纳米线的压电纳米发电机将以相同的方法产生功率。

存储产生的能量并将其转换为可用方法是一个重要的考虑要素。石墨烯和碳纳米管的网络正在开发中以出产类似纤维的能量存储设备，其可以结合到织物中以像超级电容器相同操作。在其他地方，研讨正在产生一种依据连续碳纳米管纤维的紧凑，可拉伸的线形超级电容器。另一种方法是发明一种活络的薄膜，供应锂电池（不含锂）和高功率超级电容器的最佳质量。本文将总结这项研讨，以展现我们的服装怎样使用能量收集技术直接供电电子设备，为电池充电，乃至在其纤维中参与电池。为了进行比较，本文将考虑超级电容器其时最先进的物理标准/体积，功用可穿戴运用的寿数和寿数，以ElnaAmerica和SeikoInstruments系列的比如为例。这些超级电容器的充电和处理将参阅包含BQ25504升压转换器和电池处理IC在内的设备及其相关开发套件，均来自德州仪器。

光伏材料，简洁活络依据Dephotex项目的开发人员的说法，估量将在不久的将来供应满意的服装。这项欧盟结构研讨已开宣布具有导电功用的纤维，可编织成构成柔性光伏电池的基板。近年来，各种会议都展现了示威者，展现了怎样为小型设备供电，小型电池可以充电，而太阳能帐子，遮阳帘，窗帘和室内装潢等大型设备可用于为灯火供电乃至一起，英国的研讨人员开宣布一种针织柔性面料，使用压电技术从人体运动或周围环境中产生能量。博尔顿大学材料研讨与立异研讨所规划了一种依据压电PVDF纤维的3D纺织结构，该结构具有柔韧性，透气性和坚韧性，重要的是，可通过合作伙伴公司进行商业开发。

图1：博尔顿大学选用PVDF间隔纱的3D压电织物结构。

两个独立的导电银涂层聚酰胺织物面（电极）通过PVDF间隔纱联接在一起。织物的紧缩导致间隔纱产生由两个金属面收集的电荷。现在，可以产生1至5μW/cm2的能量，足认为小型传感器供电。

运用规划用于服装和鞋垫，例如，为小型便携式设备供电，也用于地毯和其他地板外表或者为机场或购物中心的照明和多个数据传输端口供电的座椅材料。

Supercaps

动力存储仍然是寻求替代传统电池的研讨人员的热门话题。美国凯斯西储大学3，新加坡南洋理工大学和清华大学的科学家开宣布一种超级电容器式能量储存设备，其方法为可编织成衣服的纤维。我国大学。据称这种紧密堆积的石墨烯和碳纳米管互连网络的体积能量密度为6.3μWh/mm3，相当于4V，500μAh的薄膜锂电池。可是，与电池不同，它更快地充电和开释能量，更像是超级电容器。

它可以编织成衣服，为家中的人们供应医疗设备的电源，或者为现场兵士供应通信设备。该纤维或许用作医疗植入物中的电源或“能量承载线”。纤维坚韧，接受稳定的机械应力，并已通过10，000次充放电循环测验。具有相同的方针-高能电池和高功率超级电容器的最佳特性-赖斯的研讨人员大学4开发了一种薄膜柔性电池。依据散布在固体电解质周围的纳米多孔氟化镍电极，该薄膜电化学电容器的25mm2贴片已通过10，000次充电/放电循环和1000次弯曲循环测验。研讨人员正在寻找具有石墨烯，碳纳米管和导电聚合物活络性的材料，但具有更高的电存储容量，一般存在于无机和金属化合物中。

图2：结构莱斯大学开发的薄膜超级电容器，依据纳米多孔层来自特拉华大学的研讨人员，依据连续碳纳米管纤维的可拉伸的线形超级电容器或许在可穿戴动力设备中得到运用。该团队运用氨纶纤维作为基材制造该设备，其间预应变和弯曲碳纳米管作为活性电极，聚乙烯醇硫酸凝胶作为固体电解质。测验超越10，000次充电/放电循环已证明具有优异的导电性和电化学稳定性。

一起，继续研讨改进超级电容器的标准，活络性和储能才能，已在莱布尼兹产生了许多微超级电容器开发德累斯顿固体和材料研讨所（IFW-Dresden）。在一个项目中，二氧化锰被用作替代电极材料。通过运用电子束蒸发二氧化锰并使气态原子沉积来制备弯曲膜。研讨人员声称，半厘米的正方形可以储存更多的能量，并且比最先进的超级电容器每单位体积供应更多的功率。

最先进的技术尽管重要的是监测怎样技术正在开展，今天最先进的超级电容器已经在可穿戴运用中运用。当然，他们最大的缺点是短少活络性。因此，小标准是必不可少的。ElnaAmerica的DSK-3R3H204T614-H2L是最小，最耐久，最高电容的器件之一。这种纽扣电池格局超级电容器的直径为6.8毫米，高度为1.8毫米。额定电压为3.3V，电容为200mF，ESR（等效串联电阻）为200ohm。寿数在60oC时被引用为1000小时。

它延长了运用寿数，并且可以快速存储和开释相对很多的能量，使超级电容器对能量收集运用有用。它们可以与电池一起运用，但一般可以替换它们，具体取决于所需的功用。一个要害优势是它们不需要在稳定电压下充电，但通过汲取电源可以供应的最大电流来有用充电。

XH311HG-标准略大于一半，直径3.8mmSeikoInstruments的IV07E额定电压为3.3V，电容为20mF，牢靠至少10，000次充电/放电循环。它被广泛用作小型便携式设备的备用电源。

更小，芯片方法，精工还供应CPH3225A，标准仅为3.2x2.5x0.9mm。该器件适用于高达3.3V的运用，容量为4.6μAh，电容为11mF。

在可穿戴运用中，超级电容器体积小，结构紧凑，可与其他电路集成或长途联接并缝制成衣服，例如，在衣领或翻领下，或在口袋中，或佩戴在手腕或胸带上动力处理

无论是硬币仍是芯片方法，超级电容器都需要与他们支撑的能量收集电路集成。例如，无论是与锂电池一起运用仍是作为锂电池的替代品，它们都需要某种方法的电源处理以完结高效工作。

专为超低功耗和能量收集运用而规划的是bq25504升压/充电器IC来自德州仪器。它可以从各种直流电源（包含太阳能和压电/振荡设备）获取和处理从微瓦到毫瓦的功率。它可以从低至330mV的输入电压初步，并且一旦操作可以在80mV下收成能量。当超级电容器集成到体系中时，bq25504监控过压和欠压状况，并在存储的能量降至预设水平以下时向操控器宣布信号。

评价模块bq25504EVM-674可用于查看升压/充电器IC的功用。装备供应3.1VDC最大电压为超级电容器充电，欠压编程为2.2VDC。

结论

在短短几年内，服装和室内装潢面料将不仅包含其纤维内的能量收集技术，运用光伏和压电技术，以及结合超级电容器和电池的最佳功用的储能元件。活络性和耐用性是受欢迎的特性，但它们需要满意传统能量收集和存储设备的功用水平。或许不久之后操控电子设备成为可穿戴运用的限制要素，而不是现在的状况下的能量存储组件。