有一天你汗湿的运动服可以为电子设备供电

任何看到瑞典科学家安雅·隆德 (Anja Lund) 最近在有氧踏步机上锻炼的人，可能都会觉得这是一种奇怪的健身方式。她一边踏步，一边背着一个肩包，肩包的臂带上还滴着水。在这种情况下，科学比锻炼更重要。隆德并不是想出汗——相反，她只是想模拟在雨中快步走。

这个想法是为了测试一种实验材料对水分的反应。这就是为什么她把臂带浸在自来水中，希望她和她的团队开发的特殊发电织物不仅能在潮湿时继续发电，而且还会变得更坚固。它在这两个方面都取得了成功。

“我们之所以关注水下功能，是因为大多数电子纺织品的结构决定了它们在潮湿时可能会停止工作，”她说。“对于实际使用而言，重要的是这种纺织品能够经受恶劣天气和洗涤，就像其他纺织品一样。我们的纺织品可用于肩带，但也可以大规模生产，用于室内装饰、垫子或复合结构中的填充物。纺织品越大，它产生的电量就越大。”

可穿戴电子产品或电子纺织品的概念并不新鲜，但努力用实用和创新的电源改进它们是一项持续的探索，现在变得更加重要。气候变化促使研究人员试图设计出强调舒适性、实用性和可持续性的新型清洁能源——尤其是电池的新选择。传统的碱性电池或锂离子电池通常最终会被扔进垃圾堆，它们有将有毒物质泄漏到土壤中的风险。它们还很重、笨重、僵硬，使用起来很麻烦。

几组科学家一直在使用不同的方法，致力于设计替代传统电池的功能性替代品，这些电池使用织物或纱线制成。香港城市大学材料科学家支春义表示：“我们开发了高性能、可穿戴、可拉伸的纱线电池，可以编织成智能纺织品。”他的团队生产了一种由纱线制成的可充电电池，这种电池防水，即使切成小块也能正常工作。他说：“它可以很容易地集成到柔性电子产品、智能织物和智能服装中”，即使“弯曲、拉伸、撞击甚至在水中清洗”也能保持电量。

伦德和她的同事克里斯蒂安·穆勒都是瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员，他们发明了一种可以将动能转化为电能的纺织品，而且在潮湿时效果最佳——这意味着穿着这种纺织品的人可以在雨中散步时发电。“只要在做日常工作时穿着夹克或袜子，就可以将它们用作电源，这不是很棒吗？”伦德说。

Lund 团队用于编织织物的技术基于压电效应，即材料拉伸或压缩时产生电能。她用导电纱线纺出聚合物，然后生产出纺织品。“我们发现纤维纺丝是一种很好的方法，因为它需要多次拉伸材料，”她说。

压电材料由 24 根纤维组成，每根纤维都细如发丝。当它们变湿时，水分会改善纤维之间的电接触，从而变得更加高效。此外，“袋子里的重量越重，袋子里由我们的织物制成的部分越多，我们获得的电力就越多，”她说。

“一旦纤维被开发出来，我们就开始为它们寻找实际应用，”她补充道。“我们发现它们可以作为传感器，例如，如果你用这种织物编织一条带子，把它放在胸前，织物就会感知到心跳引起的细微运动，并产生电信号作为回应。”

在实际实施之前，瑞典团队面临的唯一挑战是软纺织品与硬传统电子产品（如手表、笔记本电脑和智能手机）之间的接口。他们正在研究“如何在不破坏纺织品或传统电子产品不被水损坏的情况下将两者连接起来”，伦德说。

对于可充电纱线电池，中国科学家将碳纳米管纤维扭成纱线，然后在其中一根纱线上涂上锌以形成阳极，在另一根纱线上涂上氧化镁以形成阴极。然后他们将两根纱线扭成双螺旋状。研究人员表示，这种电池稳定、可充电且防水。它还可以切成几段，每段都可以为手表供电。

“与传统锂离子电池相比，这种纱线电池在切割、弯曲、拉伸甚至浸泡在水中等各种恶劣条件下都能正常工作，安全性能大大提高，编织性好，拉伸性强，防水性能优异，”支教授说。“在水中浸泡 12 小时后，电池仍保留了其初始容量的 96.5%。”

瑞典科学家在最近发表于《柔性电子学》杂志上的一篇论文中描述了他们的工作。香港科学家的研究成果发表在美国化学学会出版物《ACS Nano》的最新一期上。

两组研究人员都相信，他们发明的电池能够以合理的成本轻松推广并广泛使用。Lund 表示，尽管压电材料采用了先进的技术，但成本相对较低，与运动服中使用的防水透气材料 GORE-TEX® 的价格相当。“这种纱线可以在工业织机上编织，并且具有足够的耐磨性，可以应对大规模生产的恶劣条件，”她说。

支先生表示，大规模生产纱线电池所需的设备随处可见，价格低廉。原材料价格低廉，而且安全环保。“很难估计扩大这些电池生产规模的成本，但成本应该低于传统的锂离子电池，因为纱线电池使用的材料成本非常低，”他说。

玛琳·西蒙斯为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合通讯社。