超级电容器纱线集成在为led供电的织物中。在一项新的研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种方法，可以防止用于储存电能的纱线出现电气故障。最终，这些发现可能有助于推动“智能纺织品”的发展，这种纺织品可以从穿着者的运动中获取能量，并为传感器和可穿戴电子设备供电。研究人员在npj Flexible Electronics上报告说，他们能够通过用绝缘线包裹纱线来防止充当超级电容器的纱线短路，超级电容器是储存能量的电气设备。他们还测试了纱线的强度和耐用性，以确保它们在经过针织和编织过程后仍然可以工作。
“超级电容器的功能类似于电池，但在这种情况下，我们正在研究一种形状像纺织纱线的柔性电池，你可以编织或针织到你的t恤或毛衣中，”北卡罗来纳州大学纺织工程、化学和科学副教授兼大学教师学者魏高说。“在这项研究中，我们将这种纱线编织成一块织物，这样它就可以储存电能，最终我们希望用它来为你需要的任何电子设备供电，无论是传感器、灯还是手机。”
虽然对这些所谓的“纱线形状的超级电容器”的研究很有希望，但研究人员表示，开发人员在他们的设计中面临一个一致的问题:随着长度的增加，纱线形状的超级电容器更容易短路。短路是指电流流经非预期的路径。这是一个安全问题，因为短路会导致热能爆发甚至火灾。
“每个人都在努力制造可以融入布料或织物的智能电子产品，”高说。“我们发现，如果你试图制造一根长度超过8英寸的超级电容器纱线，这种设备很容易短路。这相当危险，而且这是任何人在穿着智能西装时都不想遇到的事情。”
为了解决这个问题，研究人员测试了当他们用绝缘线包裹超级电容器纱线电极时会发生什么。这个想法是，线将作为一个物理障碍，防止相反的电极相互接触，防止短路。他们通过将电极连接到电源并记录设备的电流响应来测试设备的性能。他们还测试了纱线保持电荷的能力。他们发现，这些纱线在充放电10，000次后，仍能保持90%的初始能量。
研究人员还测试了他们是否可以通过将纱线形状的超级电容器编织到织物中来承受弯曲和拉伸。
“纱线需要足够柔韧和坚固，以便当你弯曲、拉伸和挤压它们时，它们在所有这些机械变形后都能保持原有的电气性能，”该研究的主要作者、北卡罗来纳州立大学纺织工程、化学和科学博士后研究员Nanfei He说。"即使经过织造和针织，纱线仍能保持其原有的性能."
研究人员表示，他们使用纺织品制造中的传统工艺制造了这种纱线形状的超级电容器。
“所有这些过程都可以很容易地扩大规模，”他说。
在未来的工作中，研究人员希望将他们的设计融入到服装中，并尝试将其与其他能源产生设备集成在一起。
“材料创新和工艺工程对可扩展性和设备性能至关重要，”该项目的工业合作伙伴Storagenergy Technologies Inc .的首席执行官赵峰说。“我们已经开发出一种连续生产数千米高性能纱线的工艺。”
除了何、高和赵之外，这项研究的其他作者还有Storagenergy Technologies Inc .的宋军华和廖锦云。
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