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理大研發織物鋰電池 耐用又安全

2019-05-24
■鄭子劍(左)帶領理大紡織及服裝學系團隊,研發出超柔軟的高效能織物鋰電池。校方供圖■鄭子劍(左)帶領理大紡織及服裝學系團隊,研發出超柔軟的高效能織物鋰電池。校方供圖

香港文匯報訊(記者 柴婧)穿戴式電子產品是全球市場新的巨大商機,而目前為此類產品供應能源的鋰電池,卻有質地堅硬問題,即便是可彎曲的鋰電池,亦存在柔軟度受限、儲電性能低等不足。理工大學研究團隊歷時3年研發出「織物鋰電池」,是全球首次以傳統布料或織物製作的鋰電池,具纖薄柔軟安全穩定的技術優勢,令它可應用於醫療健康監測、發熱衣物、物聯網部件等多個範疇,令穿戴產品耐用舒適度升級。目前已有包括華為在內的數十家企業看中該發明,有意與團隊合作。

傳統鋰電池體積大且重,難以應用於可穿戴產品,而過去十多年來,科學家一直致力開發可彎曲的鋰電池,大都集中研究使用金屬箔作為電池的集流體。直至理大創新研發出「織物鋰電池」,同時解決了能量密度、柔軟度、機械強度、穩定性等多方面的問題。「織物鋰電池」今年4月於日內瓦第四十七屆國際發明展奪得金獎和兩項特別優異獎。

帶領團隊研發出該產品的理大紡織及服裝學系教授鄭子劍解釋指,織物鋰電池利用「聚合物輔助金屬沉積法」(Polymer-Assisted Metal Deposition / PAMD)新技術,將高導電金屬均勻地沉積在經處理的織物上,如棉質及碳布,使物料導電化,取代一般鋰電池表面的金屬箔,以充當集流體及提高柔軟度,僅需幾分鐘就能製作1米長的導電織物,而原料亦不會影響效能。

摺疊逾千次效能不變

該鋰電池能量密度高達460瓦時/公升,達現有可彎曲鋰電池效能的逾兩倍,團隊進行的變形測試證明,織物鋰電池具有極高的機械穩定性、耐用性和安全性,電池經反覆對摺、或以不同角度扭曲、或不規則地揉皺後,均無損其電壓效能。彎曲測試又證明,它的柔軟度極佳,可摺疊彎曲至半徑小於1毫米,兼且摺疊超過1,000次,效能仍然保持不變;而現有的可彎曲鋰電池只能彎曲至半徑約25毫米。織物鋰電池輕巧、厚度小於0.5毫米,在充電/放電速率快,以及電池壽命長兩方面,與傳統鋰電池不相伯仲,而連續錘擊、剪削和鋼針穿刺等安全測試亦證明,電池可為電子元件提供穩定電源,兼且不存在茪鶨恞z裂的風險。

或應用醫療航天服飾等

鄭子劍續指,織物鋰電池與傳統鋰電池結構相似,最大分別是前者以具有金屬塗覆的織物,取代傳統金屬箔,並加入正、負極物料,而織物鋰電池能充電及放電約500次至1,000次,充電速率較傳統鋰電池快,壽命亦較長,適合大規模生產。

他又解釋,使用者穿上相關織物時將不會感受到鋰電池,更能洗滌整件衣物,產品亦可配合電子錶帶使用,提高手錶的電池效能,「以往這些智能錶充滿電夠用一天,日後加上用鋰電池製作的錶帶,充電後可用兩天之久,較現有的電子產品只可使用約10多個小時長。」

鄭子劍認為,可穿戴技術被視為繼智能手機後,全球下一個重大市場商機,預期可穿戴產品的全球市場收入將以每年增長逾20%的速度躍進,至2024年達1,000億美元。他希望產品可應用於醫療護理、信息娛樂、體育、航空航天、時尚服飾、物聯網、傳感或定位追蹤等。

鄭子劍又透露,目前已有包括華為在內,數十家企業有意與團隊合作,預計在進一步改善電量密度後,會推出市面,料售價比傳統鋰電池貴一至兩成。

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