或許你已擁有健身手環、智能手錶和虛擬實境眼鏡,也對穿戴式電子設備瞭如指掌。但各大電子設備生產商並不會因此而停下來,他們仍在努力開發,務求令你把更多新穎的產品穿戴到身上,像可攝錄影片和控制無人機的智能眼鏡、能瞬間消除語言障礙的翻譯耳機等。據專家推測,到2026年,穿戴式電子設備市值將達一千五百億美元[1]。然而,穿戴式科技的發展隱藏著一個關鍵問題:如果沒有長壽的電源,再先進的科技也無用武之地。電子產品越小巧,電池的體積也越小,儲電量自然也較小。而對於發展速度最快的智能服裝來說[2],所需的電池更要有柔軟的觸感和可洗滌的特性。因此,紡織及服裝學系的鄭子劍教授領導團隊開發全球首個柔性織物鋰電池,成品小巧、柔軟、儲電量高,即使經過高度磨損,其性能及安全性亦絲毫不減,可說是未來穿戴式設備的必備電源。
現有充電池的缺點
智能手機和平板電腦等手提電子產品所用的都是由金屬箔或金屬板製成的傳統鋰電池。儘管這些鋰電池的價格在過去十年間持續下調,但由於它既笨重又不能屈曲,因此在智能紡織品方面的發展仍非常有限。市面上的可彎曲鋰電池雖比傳統鋰電池輕便一點,無奈儲電量小,柔軟度亦未如理想。鄭教授解釋道:「可彎曲電池始終是由金屬箔製成,柔韌度自然較遜色,把它稍為弄彎尚可,但對摺就不行。要令發熱衣物、智能鞋墊等服裝發揮最大功用,所採用的鋰電池必須擁有與織物相近的質感和柔韌度,於是我們想到以金屬織物代替金屬箔。」
儲電量大、充電快
團隊利用專利技術,在織物表面加了一層導電能力極高的銅和鎳鍍膜,把它變成金屬織物。與金屬箔相比,金屬織物不但有較佳的導電能力,也有較大的儲電面積;因此,用它製成的鋰電池有較強大的儲電和充電功能。與同等體積的可彎曲鋰電池相比,柔性織物鋰電池的厚度即使不足0.5毫米,它的儲電量卻是可彎曲鋰電池的兩倍以上。實驗證明,柔性織物鋰電池經過500次充電及放電後,仍保留八成儲電量,預計最多可充電和放電1,000次。
耐磨損、安全度高
理想的專業運動服裝須能承受運動所帶來的衝擊和日常磨損。在這方面,織物鋰電池有明顯的優勢,它可抵受嚴重的磨損,其功能與安全性並不會因外來衝擊而受影響。在測試中,織物鋰電池被反覆摺疊、扭曲和揉皺超過1,000次後,操作仍然正常;然後它再被錘打、刺穿、剪破一部分,結果它的效能如舊,並無過熱、起火或爆炸的情況出現。也就是說,即使遇上意外,織物鋰電池也不會對穿著者造成傷害。另外,柔性織物鋰電池可以清洗,穿著者不用把電池拆出來,直接清洗整件衣服即可。
2019年4月,高能量密度柔性織物鋰電池於第47屆瑞士日內瓦國際發明展中榮獲金獎及兩項優異獎。