世界智能紡織材料的能源創新

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，研發中的創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的新研發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模生產的產品（如物聯網和電動汽車），這將進一步產生對新能源電池的需求，這是傳統電池無法比擬的。這為電池設計的創新鋪平了道路，并為包括智能紡織品和可穿戴技術在內的所有行業提供了研發機會。

加拿大一家電力設備公司為可穿戴技術等應用研發和生產可定制、可充電、可印刷且高能柔性的鋰電池。使用絲網印刷工藝，這類鋰電池可根據客戶的需求和形狀量身定制尺寸。從環保的角度看，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新均需符合世界規范 。

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，業界認為氫是一種環保能源。

截至2019年4月，美國加州僅有39個加氫站，但行業觀察家預計，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一種紡織感應充電線圈，旨在實現公交車行駛途中充電。專家們設想，該系統一旦研發成功，那么公交車就能實現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，即要延續到2036年。當業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中發揮作用，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，它將執行下一步復合加固過程。這導致出現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。基于紡織品的變形和沖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。

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