圖片來源：Pixabay

可以像普通衣物一樣穿在身上，並且能自主供電的通訊裝置、傳(chuan) 感器和計算裝置越來越多。在這些設備中，它們(men) 的電池同樣也起到結構部件的功能。在一項概念驗證試驗中，研究團隊製作出了長達140米、世界上最長的柔性纖維電池，以此證明這種材料可以被製作成任意的長度。這項研究發表在《今日材料》（Materials Today）期刊上。麻省理工學院（MIT）博士後Tural Khudiyev（現為(wei) 新加坡國立大學助理教授）、前MIT博士後 Jung Tae Lee（現為(wei) 韓國慶熙大學教授）和現任職於(yu) 蘋果公司的MIT博士生 Benjamin Grena是該成果的主要作者。其他合著者還包括MIT教授Yoel Fink，Ju Li和John Joannopoulos等七位學者。

在此之前，包括這個(ge) 科研團隊在內(nei) 的研究者們(men) 已經研發出了許多種包含電子器件的纖維，包括LED、光學傳(chuan) 感器、通訊設備和數字化係統。這當中有許多都是可紡織甚至可洗滌的，這使得它們(men) 可以用在可穿戴電子設備中。但是目前為(wei) 止，這些設備都要依賴於(yu) 外接電源來工作。現在，這種同樣可紡織且可洗滌的纖維電池能讓上述設備都具有自主供電的能力。

這種新型纖維電池使用先進的電池凝膠和常見的纖維拉伸設備生產(chan) 。首先將所有的材料組裝在一起製成一個(ge) 大圓柱，然後將其加熱到接近熔點。接下來，這些材料會(hui) 被拉伸穿過一個(ge) 很細的出口，使得它可以被壓縮成很細的纖維，同時各種材料之間的排列方式不會(hui) 發生變化。

Khudiyev表示，其他人在研發纖維電池時，總試圖讓最關(guan) 鍵的材料處於(yu) 纖維的外層。而他們(men) 開發的纖維將鋰離子和關(guan) 鍵材料都包裹在裏麵，處於(yu) 外層的保護之下。這不但穩定，而且防水。這是世界上第一種亞(ya) 千米長度的纖維電池，它不僅(jin) 夠長，而且足夠耐用。

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既然研究者可以製作出140米長的纖維電池，這也就意味著這種電池“不存在明顯的長度上限，我們(men) 完全可以把它延長到千米尺度，”Khudiyev說。他們(men) 還用這種纖維電池製作了一套驗證設備，“Li-Fi”通訊係統（一種使用光脈衝(chong) 傳(chuan) 輸數據的裝置）。它包含麥克風、前置放大器、中繼器和二極管。通過這些設備，研究者在兩(liang) 套纖維織成的設備之間構成了光學數據連接。

“當我們(men) 將活性材料嵌入纖維中時，也就這意味著敏感的電池組件具有了良好的密封性，”Khudiyev這樣說道，“所有的活性材料都被緊密整合在了一起，在拉伸過程中它們(men) 的位置不會(hui) 發生變化。”除此之外，最後製造出的纖維電池比預想更薄，更柔軟，長寬比達到數百萬(wan) 倍，遠遠高於(yu) 其他設計方案。這使得它可以被常規的紡織設備加工，製造內(nei) 嵌了電池和其他電子係統的紡織物。

如他所說，這條140米長的纖維電池目前能儲(chu) 存123毫安時的電能，可以為(wei) 智能手表或手機充電。它的直徑隻有幾百微米，比以往任何纖維電池都要細。

“我們(men) 這項方案的優(you) 美之處在於(yu) ，我們(men) 可以將多種設備嵌入進一根纖維中，”Lee如是說，“這和其他需要聚合多種不同的纖維設備的技術都截然不同。”他們(men) 已經成功將 LED和鋰離子電池融合進了一根纖維裏，並且相信未來可以將三種甚至四種不同的設備都安置進這一微小空間內(nei) 。“我們(men) 可以將多種設備融合進一根纖維內(nei) ，這種整合結構一定可以推動纖維計算機的發展。”

在獨立的一維纖維和它紡織而成的二維織物之外，這種材料也可以被3D打印成特定的形狀，比如能夠給設備供電的外殼。為(wei) 了證明這種潛力，研究者用這種材料給一隻玩具潛水艇製作了一個(ge) 外殼，能給艇身供電。將能源嵌入到結構部件中可以降低設備的整體(ti) 重量，提高她的效率，擴大使用範圍。

“自帶”電源外殼的玩具潛水艇。圖片來源：Courtesy of Tural Khudiyev, Jung Tae Lee, Benjamin Grena, Yoel Fink et al

“這是世界上第一款用纖維電池材料3D打印出來的設備，”Khudiyev 說道。如果你想要通過3D打印製作包含電池的裝置，目前為(wei) 止這是唯一可以達成這個(ge) 目標的技術。“打印完成後，你不需要再加裝任何東(dong) 西，因為(wei) 所有的器件都已經存在於(yu) 纖維內(nei) 部了。這是首個(ge) 一步到位的打印技術。”

這意味著如今 “運算單元和Li-Fi可以被裝在任何日常物品內(nei) 。”該研究團隊已經就這項技術申請了專(zhuan) 利，並且著手繼續改進它的容量和多樣性。Khudiyev表示，這款纖維電池在未來幾年內(nei) 就可以被用在產(chan) 品上推向市場。