世界智能紡織材料的能源創(chuàng)新

文/余燦

智能紡織品的能量供應選擇方式很大程度上取決于應用程序，更確切地說，取決于用戶的需求和行為。從典型的問題如所需能量的水平、重量、大小和環(huán)境影響上具有更細微的方法差異。研究它對當今智能穿戴具有重要意義。從可穿戴技術到汽車應用，研發(fā)中的創(chuàng)新解決方案必將影響明天的產品。

更靈活更輕便力量更強大

智能材料能量和可穿戴技術系統(tǒng)的新研發(fā)正在解決功率及生產集成的問題。對消費者而言，其結果是更緊湊、舒適和無縫集成。

常規(guī)鋰電池中使用的金屬薄膜被金屬涂層織物代替。用陰極和陽極材料進一步涂覆，變成了電極材料。而中國香港理工大學服裝及紡織學院鄭自建（音）教授及其團隊研發(fā)出一種緊湊輕便、靈活高能的紡織鋰電池。他們將這類材料組裝到一小袋中，使其與紡織品的卷對卷制造和常規(guī)電池生產兼容。這是研究趨勢的一部分，即使集中在單個加工部件上，也要充分考慮整個工藝過程。

IDTechEx公司的研發(fā)報告《 2019—2029年的柔性、印刷和薄膜電池》中稱，預計未來的主要需求是能大規(guī)模生產的產品（如物聯(lián)網和電動汽車），這將進一步產生對新能源電池的需求，這是傳統(tǒng)電池無法比擬的。這為電池設計的創(chuàng)新鋪平了道路，并為包括智能紡織品和可穿戴技術在內的所有行業(yè)提供了研發(fā)機會。

加拿大一家電力設備公司為可穿戴技術等應用研發(fā)和生產可定制、可充電、可印刷且高能柔性的鋰電池。使用絲網印刷工藝，這類鋰電池可根據(jù)客戶的需求和形狀量身定制尺寸。從環(huán)保的角度看，這款電池有顯著的改進，不使用任何重金屬，且碳墨屬于水基。

電動車采用碳纖維材料

電動車的研發(fā)和消費還處于方興未艾階段，但消費者的熱情和市場依稀可見。它本身是一種顛覆性技術，這引發(fā)技術人員認真思考能源的來源、供應和充電速度。電動車突顯了這樣一個事實，即未來的交通工具必須來自多個利益相關者，他們必須共同努力，確保運輸系統(tǒng)一致性。法國歐洲之星運輸公司的司機就曾告訴乘客，當火車從英國的鐵軌駛向法國時，需要與法國境內的高速軌道接軌，這使乘客一下感受到速度的差別。這說明，無論哪個國家的創(chuàng)新，都必須與世界接軌，對新能源車的改進和對涉及車輛及其行駛道路的整體方法創(chuàng)新均需符合世界規(guī)范 。

德國亞森大學的ITA RWTH項目研究人員利用新的長絲纖維纏繞工藝制造用于無排放遙控RC汽車的復合壓力容器（CPV）。與傳統(tǒng)的電池電源相比，使用碳纖維制造的產品重量明顯減輕。隨著復絲纏繞的增加使用，中心軸旋轉并來回移動，碳纖維位移得到固定，從而強化了碳纖維的位置。在旋轉過程中，在芯棒上鋪墊了一完整的層墊，由此縮短了制造時間，提高了預制件的生產效率。CPV用于存儲氫，業(yè)界認為氫是一種環(huán)保能源。

截至2019年4月，美國加州僅有39個加氫站，但行業(yè)觀察家預計，隨著技術的推動，到2030年，該州的加氫站將達到1000個。

研發(fā)不約而同，與紡織纖維沾親帶故

德國纖紡研究所（DITF）、葡萄牙貝拉內政大學（DCTT）和羅伯特·博世有限公司都在開發(fā)一種紡織感應充電線圈，旨在實現(xiàn)公交車行駛途中充電。專家們設想，該系統(tǒng)一旦研發(fā)成功，那么公交車就能實現(xiàn)在城市街道站內充電。

公共汽車運行中，乘客上下車的平均時間為兩分鐘，這足以讓車充電。充電站通過公交車站和位于公交車底盤中的充電線圈嵌入路面中，而充電線圈恰好置于充電器上方。該項目在ARENA2036-LiFu項目下進行，其目標是未來工廠中具有集成的多功能輕型設計，它可能成為下一代公交車的可持續(xù)心臟起搏器。

為此，歐盟給予這個項目大力支持。這是個長期的計劃，即要延續(xù)到2036年。當業(yè)界對使用導電線圈進行非接觸式充電越來越感興趣時，混合動力車的尺寸問題則提上議事日程。此時，古老的刺繡工藝原理卻在研發(fā)中發(fā)揮作用，因為它可精確定位、控制銅線并避免損壞機械。

帶電刺繡工藝一旦完成，它將執(zhí)行下一步復合加固過程。這導致出現(xiàn)玻璃纖維強化型塑料、保護套管和集成鐵氧體隔離材料和散熱器?；诩徔椘返淖冃魏蜎_擊傳感器也集成到復合材料中，研究人員期望該工程具有能力使其擴展和高度自動化。

這些創(chuàng)新所能提供的最重要貢獻也許不在其各自的應用領域，而是在它提供的供應鏈上。為移動設備提供能源只是一個起點。所有這些均須考慮其適合生產過程的位置，這一點很重要。電子產品和紡織品作為一種混合產品，兩者距離越來越近，由此又可能形成新的伙伴關系。

（據(jù)美國《高級紡織資源》https://advancedtextilessource.com/2019/08/12/energy-for-smart-materialsand-systems/近期資料）