‘Power dressing’在最近的研究中將能量收集電子技術融入到織物中，具有全新的意義。例如，太陽能技術的進步將很快產(chǎn)生可用于為電池和電力設備充電的服裝和室內(nèi)裝潢。用聚合物壓電纖維編織的材料可以舒適地穿著，從簡單的運動中獲取能量?；贕aN納米線的壓電納米發(fā)電機將以相同的方式產(chǎn)生功率。

存儲產(chǎn)生的能量并將其轉(zhuǎn)換為可用形式是一個重要的考慮因素。石墨烯和碳納米管的網(wǎng)絡正在開發(fā)中以生產(chǎn)類似纖維的能量存儲裝置，其可以結合到織物中以像超級電容器一樣操作。在其他地方，研究正在產(chǎn)生一種基于連續(xù)碳納米管纖維的緊湊，可拉伸的線形超級電容器。另一種方法是創(chuàng)造一種靈活的薄膜，提供鋰電池（不含鋰）和高功率超級電容器的最佳品質(zhì)。本文將總結這項研究，以展示我們的服裝如何利用能量收集技術直接供電電子設備，為電池充電，甚至在其纖維中加入電池。為了進行比較，本文將考慮超級電容器當前最先進的物理尺寸/體積，性能可穿戴應用的壽命和壽命，以Elna America和Seiko Instruments系列的例子為例。這些超級電容器的充電和管理將參考包括BQ25504升壓轉(zhuǎn)換器和電池管理IC在內(nèi)的設備及其相關開發(fā)套件，均來自德州儀器。

Light and movement

光伏材料，輕便靈活根據(jù)Dephotex項目的開發(fā)人員的說法，預計將在不久的將來提供足夠的服裝。 這項歐盟框架研究已開發(fā)出具有導電性能的纖維，可編織成形成柔性光伏電池的基板。近年來，各種會議都展示了示威者，展示了如何為小型設備供電，小型電池可以充電，而太陽能帳篷，遮陽簾，窗簾和室內(nèi)裝潢等大型裝置可用于為燈光供電甚至同時，英國的研究人員開發(fā)出一種針織柔性面料，利用壓電技術從人體運動或周圍環(huán)境中產(chǎn)生能量。博爾頓大學材料研究與創(chuàng)新研究所設計了一種基于壓電PVDF纖維的3D紡織結構，該結構具有柔韌性，透氣性和堅韌性，重要的是，可通過合作伙伴公司進行商業(yè)開發(fā)。

圖1：博爾頓大學采用PVDF間隔紗的3D壓電織物結構。

兩個獨立的導電銀涂層聚酰胺織物面（電極）通過PVDF間隔紗連接在一起。織物的壓縮導致間隔紗產(chǎn)生由兩個金屬面收集的電荷。目前，可以產(chǎn)生1至5μW/cm2的能量，足以為小型傳感器供電。

應用設計用于服裝和鞋墊，例如，為小型便攜式設備供電，也用于地毯和其他地板表面或者為機場或購物中心的照明和多個數(shù)據(jù)傳輸端口供電的座椅材料。

Supercaps

能源存儲仍然是尋求替代傳統(tǒng)電池的研究人員的熱門話題。美國凱斯西儲大學 3 ，新加坡南洋理工大學和清華大學的科學家開發(fā)出一種超級電容器式能量儲存裝置，其形式為可編織成衣服的纖維。中國大學。據(jù)稱這種緊密堆積的石墨烯和碳納米管互連網(wǎng)絡的體積能量密度為6.3μWh/mm3，相當于4 V，500μAh的薄膜鋰電池。然而，與電池不同，它更快地充電和釋放能量，更像是超級電容器。

它可以編織成衣服，為家中的人們提供醫(yī)療設備的電源，或者為現(xiàn)場士兵提供通信設備。該纖維可能用作醫(yī)療植入物中的電源或“能量承載線”。纖維堅韌，承受恒定的機械應力，并已經(jīng)過10，000次充放電循環(huán)測試。具有相同的目標 - 高能電池和高功率超級電容器的最佳特性 - 賴斯的研究人員大學 4 開發(fā)了一種薄膜柔性電池?；诜植荚诠腆w電解質(zhì)周圍的納米多孔氟化鎳電極，該薄膜電化學電容器的25mm2貼片已經(jīng)過10，000次充電/放電循環(huán)和1000次彎曲循環(huán)測試。研究人員正在尋找具有石墨烯，碳納米管和導電聚合物靈活性的材料，但具有更高的電存儲容量，通常存在于無機和金屬化合物中。

圖2：結構萊斯大學開發(fā)的薄膜超級電容器，基于納米多孔層來自特拉華大學的研究人員，基于連續(xù)碳納米管纖維的可拉伸的線形超級電容器可能在可穿戴能源設備中得到應用。該團隊使用氨綸纖維作為基材制造該裝置，其中預應變和彎曲碳納米管作為活性電極，聚乙烯醇硫酸凝膠作為固體電解質(zhì)。測試超過10，000次充電/放電循環(huán)已證明具有優(yōu)異的導電性和電化學穩(wěn)定性。

同時，繼續(xù)研究改進超級電容器的尺寸，靈活性和儲能能力，已在萊布尼茲產(chǎn)生了許多微超級電容器開發(fā)德累斯頓固體和材料研究所（IFW-Dresden）。 在一個項目中，二氧化錳被用作替代電極材料。通過使用電子束蒸發(fā)二氧化錳并使氣態(tài)原子沉淀來制備彎曲膜。研究人員聲稱，半厘米的正方形可以儲存更多的能量，并且比最先進的超級電容器每單位體積提供更多的功率。

最先進的技術雖然重要的是監(jiān)測如何技術正在發(fā)展，今天最先進的超級電容器已經(jīng)在可穿戴應用中使用。當然，他們最大的缺點是缺乏靈活性。因此，小尺寸是必不可少的。 Elna America的DSK-3R3H204T614-H2L是最小，最持久，最高電容的器件之一。這種紐扣電池格式超級電容器的直徑為6.8毫米，高度為1.8毫米。額定電壓為3.3 V，電容為200 mF，ESR（等效串聯(lián)電阻）為200 ohm。壽命在60oC時被引用為1000小時。

它延長了使用壽命，并且能夠快速存儲和釋放相對大量的能量，使超級電容器對能量收集應用有效。它們可以與電池一起使用，但通?？梢蕴鎿Q它們，具體取決于所需的功能。一個關鍵優(yōu)勢是它們不需要在恒定電壓下充電，但通過吸取電源可以提供的最大電流來有效充電。

XH311HG-尺寸略大于一半，直徑3.8 mm Seiko Instruments的IV07E額定電壓為3.3 V，電容為20 mF，可靠至少10，000次充電/放電循環(huán)。它被廣泛用作小型便攜式設備的備用電源。

更小，芯片形式，精工還提供CPH3225A，尺寸僅為3.2 x 2.5 x 0.9 mm。該器件適用于高達3.3 V的應用，容量為4.6μAh，電容為11 mF。

在可穿戴應用中，超級電容器體積小，結構緊湊，可與其他電路集成或遠程連接并縫制成衣服，例如，在衣領或翻領下，或在口袋中，或佩戴在手腕或胸帶上能源管理

無論是硬幣還是芯片形式，超級電容器都需要與他們支持的能量收集電路集成。例如，無論是與鋰電池一起使用還是作為鋰電池的替代品，它們都需要某種形式的電源管理以實現(xiàn)高效運行。

專為超低功耗和能量收集應用而設計的是bq25504升壓/充電器IC來自德州儀器。它可以從各種直流電源（包括太陽能和壓電/振動設備）獲取和管理從微瓦到毫瓦的功率。它可以從低至330 mV的輸入電壓開始，并且一旦操作可以在80 mV下收獲能量。當超級電容器集成到系統(tǒng)中時，bq25504監(jiān)控過壓和欠壓情況，并在存儲的能量降至預設水平以下時向控制器發(fā)出信號。

評估模塊bq25504EVM-674可用于檢查升壓/充電器IC的功能。配備提供3.1 VDC最大電壓為超級電容器充電，欠壓編程為2.2 VDC。

結論

在短短幾年內(nèi)，服裝和室內(nèi)裝潢面料將不僅包含其纖維內(nèi)的能量收集技術，使用光伏和壓電技術，以及結合超級電容器和電池的最佳功能的儲能元件。靈活性和耐用性是受歡迎的特性，但它們需要滿足傳統(tǒng)能量收集和存儲設備的性能水平?？赡懿痪弥罂刂齐娮釉O備成為可穿戴應用的限制因素，而不是現(xiàn)在的情況下的能量存儲組件。