Advanced Functional Materials:高性能柔性发电衣

近年来,随着物联网技术和人工智能技术的日益成熟,智能可穿戴设备得到了迅速发展,它们被广泛应用于医疗健康、智能家居、通信等领域,人们对可穿戴能源的需求逐渐增大。由于传统电池存在缺乏柔韧性、不可拉伸、质量大、体积大、电池寿命短、供电寿命有限等问题,柔性可穿戴式能源采集方式受到了极大地关注。服装作为人体的第二层皮肤,具有极好的可穿戴舒适性,是能源器件极好的物理载体以及理想的可穿戴设备集成平台。如果利用服装收集人体日常行为中产生的生物机械能,便可解决可穿戴设备长期运行的电池容量问题,促进可穿戴电子持续性发展。

华中科技大学苏彬教授、华中科技大学陶光明教授,香港理工大学陶肖明教授,武汉纺织大学徐卫林教授团队多学科交叉合作,研发了一款高性能柔性发电衣。本发电衣所用的磁性纱线及其织物与纺织加工技术兼容,可大规模批量生产。磁性织物可以经受标准的机械测试、磁导率测试、水下和机洗测试,并显示出良好的耐用性和可重复性(如图1所示)。此外,磁性织物无需密封处理即可在水下、酸性/碱性环境或极端温度(-10℃- 80℃)下工作。当人体运动时,发电衣可产生14.3 V的峰值电压、31.2 mA的峰值电流和3197 mW/m2 的峰值功率密度(如图2所示)。发电衣可为众多领域的电子设备供电,例如LED灯、计算器、无线通信设备和健康监测设备(如视频1所示)。这种可扩展的PFS方法和成熟的编织技术,以及灵活的磁织物设计可实现能量收集和紧急户外通信,为探索电磁能量收集策略以实现用于可穿戴电子设备开辟了道路。

【图1:柔性发电衣模型图、制备流程图及实物展示图】
【图2:柔性发电衣的工作原理、输出电压、电流、功率、功率密度】

论文信息:

Magnetoelectrical Clothing Generator for High-performance Transduction from Biomechanical Energy to Electricity

Rui Wang, Zhuolin Du, Zhigang Xia, Jiaxin Liu, Pan Li, Zhenhua Wu, Yamei Yue, Yuanzhuo Xiang, Jinchang Meng, Dexiang Liu, Weilin Xu,* Xiaoming Tao,* Guangming Tao*, Bin Su*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202107682

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202107682