世界智能纺织材料的能源创新

文/余灿

智能纺织品的能量供应选择方式很大程度上取决于应用程序，更确切地说，取决于用户的需求和行为。从典型的问题如所需能量的水平、重量、大小和环境影响上具有更细微的方法差异。研究它对当今智能穿戴具有重要意义。从可穿戴技术到汽车应用，研发中的创新解决方案必将影响明天的产品。

更灵活更轻便力量更强大

智能材料能量和可穿戴技术系统的新研发正在解决功率及生产集成的问题。对消费者而言，其结果是更紧凑、舒适和无缝集成。

常规锂电池中使用的金属薄膜被金属涂层织物代替。用阴极和阳极材料进一步涂覆，变成了电极材料。而中国香港理工大学服装及纺织学院郑自建（音）教授及其团队研发出一种紧凑轻便、灵活高能的纺织锂电池。他们将这类材料组装到一小袋中，使其与纺织品的卷对卷制造和常规电池生产兼容。这是研究趋势的一部分，即使集中在单个加工部件上，也要充分考虑整个工艺过程。

IDTechEx公司的研发报告《 2019—2029年的柔性、印刷和薄膜电池》中称，预计未来的主要需求是能大规模生产的产品（如物联网和电动汽车），这将进一步产生对新能源电池的需求，这是传统电池无法比拟的。这为电池设计的创新铺平了道路，并为包括智能纺织品和可穿戴技术在内的所有行业提供了研发机会。

加拿大一家电力设备公司为可穿戴技术等应用研发和生产可定制、可充电、可印刷且高能柔性的锂电池。使用丝网印刷工艺，这类锂电池可根据客户的需求和形状量身定制尺寸。从环保的角度看，这款电池有显著的改进，不使用任何重金属，且碳墨属于水基。

电动车采用碳纤维材料

电动车的研发和消费还处于方兴未艾阶段，但消费者的热情和市场依稀可见。它本身是一种颠覆性技术，这引发技术人员认真思考能源的来源、供应和充电速度。电动车突显了这样一个事实，即未来的交通工具必须来自多个利益相关者，他们必须共同努力，确保运输系统一致性。法国欧洲之星运输公司的司机就曾告诉乘客，当火车从英国的铁轨驶向法国时，需要与法国境内的高速轨道接轨，这使乘客一下感受到速度的差别。这说明，无论哪个国家的创新，都必须与世界接轨，对新能源车的改进和对涉及车辆及其行驶道路的整体方法创新均需符合世界规范 。

德国亚森大学的ITA RWTH项目研究人员利用新的长丝纤维缠绕工艺制造用于无排放遥控RC汽车的复合压力容器（CPV）。与传统的电池电源相比，使用碳纤维制造的产品重量明显减轻。随着复丝缠绕的增加使用，中心轴旋转并来回移动，碳纤维位移得到固定，从而强化了碳纤维的位置。在旋转过程中，在芯棒上铺垫了一完整的层垫，由此缩短了制造时间，提高了预制件的生产效率。CPV用于存储氢，业界认为氢是一种环保能源。

截至2019年4月，美国加州仅有39个加氢站，但行业观察家预计，随着技术的推动，到2030年，该州的加氢站将达到1000个。

研发不约而同，与纺织纤维沾亲带故

德国纤纺研究所（DITF）、葡萄牙贝拉内政大学（DCTT）和罗伯特·博世有限公司都在开发一种纺织感应充电线圈，旨在实现公交车行驶途中充电。专家们设想，该系统一旦研发成功，那么公交车就能实现在城市街道站内充电。

公共汽车运行中，乘客上下车的平均时间为两分钟，这足以让车充电。充电站通过公交车站和位于公交车底盘中的充电线圈嵌入路面中，而充电线圈恰好置于充电器上方。该项目在ARENA2036-LiFu项目下进行，其目标是未来工厂中具有集成的多功能轻型设计，它可能成为下一代公交车的可持续心脏起搏器。

为此，欧盟给予这个项目大力支持。这是个长期的计划，即要延续到2036年。当业界对使用导电线圈进行非接触式充电越来越感兴趣时，混合动力车的尺寸问题则提上议事日程。此时，古老的刺绣工艺原理却在研发中发挥作用，因为它可精确定位、控制铜线并避免损坏机械。

带电刺绣工艺一旦完成，它将执行下一步复合加固过程。这导致出现玻璃纤维强化型塑料、保护套管和集成铁氧体隔离材料和散热器。基于纺织品的变形和冲击传感器也集成到复合材料中，研究人员期望该工程具有能力使其扩展和高度自动化。

这些创新所能提供的最重要贡献也许不在其各自的应用领域，而是在它提供的供应链上。为移动设备提供能源只是一个起点。所有这些均须考虑其适合生产过程的位置，这一点很重要。电子产品和纺织品作为一种混合产品，两者距离越来越近，由此又可能形成新的伙伴关系。

（据美国《高级纺织资源》https://advancedtextilessource.com/2019/08/12/energy-for-smart-materialsand-systems/近期资料）