理大研发超柔软高效能织物锂电池配合可穿戴电子产品飊升需求

香港理工大学（理大）的研究团队研发了一种超柔软的高效能织物锂电池，能为可穿戴电子产品提供更稳定、耐用和安全的能源供应，其应用范畴广泛，发展潜力无远弗届，包括医疗健康监测、智能纺织品、智能手机、全球定位系统追踪、物联网部件等等。

理大创新的织物锂电池能量密度高达逾450 Wh/L（瓦时/公升），柔软度极佳 — 可折迭弯曲至半径小于1 mm （毫米），兼且折迭超过1,000次，效能仍然保持不变。相比之下，现有的可弯曲锂电池只能弯曲至半径约25 mm，而且效能低得多，只达小于200Wh/L。织物锂电池轻巧、厚度小于0.5 mm，在充电/放电速率快，以及电池寿命长两方面，与传统锂电池不相伯仲。[有关理大织物锂电池及其他电池的效能比较，载于附件]

由理大纺织及服装学系团队研发的织物锂电池，今年四月于日内瓦第四十七届国际发明展夺得金奖和两项特别优异奖。

带领研究团队的郑子剑教授表示：「可穿戴技术被视为继智能手机后，全球下一个重大市场商机。预期可穿戴产品的全球市场收入将以每年增长逾20％的速度跃进，至2024年达1000亿美元。^[1] 所有可穿戴电子产品都需要可穿戴的能源供应，因此，我们研发的制造织物锂电池的创新技术，应用潜力至为广泛，能为无数新世代产品开拓前瞻性的应用方案，范畴遍及医疗护理、信息娱乐、体育、航空航天、时尚服饰、物联网、传感或定位追踪，以至任何超乎我们今天想象的用途。」

传统锂电池体积大而且重，难以应用于可穿戴产品，十多年来，科学家一直致力开发可弯曲的锂电池，大都集中研究使用金属箔作为电池的集流体。直至理大研发出织物锂电池，才出现突破，同时解决能量密度、柔软度、机械强度、稳定性等方面的问题。

研究团队采用理大专利的聚合物辅助金属沈积法(Polymer-Assisted Metal Deposition / PAMD)新技术，将高导电金属（铜Cu和镍Ni）均匀地沈积于经处理的织物上，制成导电织物，用作电池中的集流体，导电织物具有低薄层电阻^[2] 和大比表面积^[3] 的特质。之后，于导电织物添加正、负电极的活性材料，再加入隔膜与电解液，便能组装成织物锂电池。

团队进行的变形测试证明，织物锂电池具有极高的机械稳定性、耐用性和安全性，电池经反复对折、或以不同角度扭曲、或不规则地揉皱后，均无损其电压效能。弯曲测试证明，织物锂电池可以弯曲超过1,000次，效能仍然保持不变；连续锤击、剪削和钢针穿刺等安全测试亦证明，电池可为电子组件提供稳定电源，兼且不存在着火或爆裂的风险。

[ 注:

研究结果已于《自然通讯》(Nature Communications)发表，该期刊为全球最全面的跨学科科学期刊之一:- Chang et al. Flexible and stable high-energy lithium-sulfur full batteries with only 100% oversized lithium. Nature Communications, 2018, 9(1): 4480.

「理大织物锂电池」影片（只具英文版本）:- https://youtu.be/oGRW9SKmay8 ]

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[1] IDTechEx. ‘Wearable Technology 2018-2028: Markets, Players, Forecasts'.   https://www.idtechex.com/research/reports/wearable-technology-2018-2028-markets-players-forecasts-000606.asp?setlang=en ，2019年5月8日读取。 

[2]「薄层电阻」(sheet resistance)是导电材料的重要特性，是材料的电荷传输能力的量化表达。薄层电阻越低，代表传输能力越快。

[3] 一般而言，用于装载正、负电极材料的「比表面积」(surface area)越大，电池的稳定性越高、充电/放电速度会越高、而柔软度亦越好。 采用理大专利的PAMD技术，藉控制沈积时间，可以轻易控制导电纱线的厚度和薄层电阻。将导电纱线编织成3D导电织物，其装载活性材料的比表面积，会比相同尺寸的2D金属箔大为增加。