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泳坛夺金18091733:工程師把棉制T恤衫烤成超級電容電池

棉布浸泡在氟化鈉溶液中一個小時,然后在預熱烤爐中干燥三個小時,再在更熱的爐子中加熱一個小時,棉布就變成活性炭。涂上一層納米導電金屬氧化錳,就制成超級電容器。
使用簡單的工藝,南卡羅來納州大學(University of South Carolina)的工程師把棉制T恤衫烤成活性碳。加入一層薄薄的金屬導電層,就可以制成一種穩定、高性能的超級電容器。
這些工程師設想,使用棉布進行能量儲存,用于柔性電子產品,可卷曲的顯示屏,以及植入式醫療設備。
有朝一日,穿上一件T恤,就意味著你也使用一個智能設備充電器。工程師們成功地把棉花轉變成柔性高導電成分,這意味著它可以給設備充電。
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未來的T恤可具有雙重功能,既能使人保持涼爽干燥,也能給手機充電。來源:南卡羅來納大學
“在未來,你可以想象一下,我們的手機就會像一片紙,你可以卷起來。但我們需要柔性的能源設備,集成使用柔性、可伸縮的主板,”南卡羅來納大學(University of South Carolina)機械工程教授李曉東(Xiaodong Li)說,他與博士后包里洪(Lihong Bao)領導這項開發。他們的文章2012年5月16日發表在雜志上《先進材料》(Advanced Materials)上,題為《進行紡織品能量存儲采用棉T恤》(Towards Textile Energy Storage from Cotton T-Shirts)。
李曉東知道如何創造性地使用棉T恤。2010年,他和他的同事把一件襯衫轉換成輕質防彈衣,因為他們把這種面料轉換成碳化硼納米線(boron carbide nanowires)。所以,那時,他開始尋找主要材料,以制備柔性儲能裝置,他采用的棉T恤,是他花5美元從沃爾瑪買的。
工程師們必須使棉布高度導電,所以,他們嘗試了幾種“成分,”李曉東說。他把他們的實驗比作是試圖在家里復制餐廳的一份飯菜,但沒有看到廚師的準備工作。首先,他們把棉布浸泡在氟化鈉(sodium fluoride)溶液中,一個小時后取出濕材料,在預熱烤爐中干燥三個小時。然后,再在更熱的爐子中加熱一個小時。
在工藝完成時,棉花已變成活性炭。盡管被烘烤,燒焦的材料仍然可以折疊。接著,工程師們給它涂上一層納米導電金屬氧化錳(manganese oxide),這是最后一道工序,就制成了他們的儲能裝置。這種設備稱為超級電容器,會比電池更迅速地響應電力需求。
首席研究員李曉東說,他的研究小組知道,未來的防彈衣需要柔性電源。而且,因為這些科學家都在南卡羅來納大學工作,這所大學以前曾有過很大的棉花產業,所以他們就想,“為什么不用棉T恤制作能源設備?”
雖然別人已經在設備中使用過棉花,但是李曉東說,就他所知,他的研究小組是第一個激活棉T恤,把它制成超級電容器。他們設備的性能相當于其他碳基超級電容器,這是根據他們的測試。1000次循環后,仍然可以保留97.3%的容量。
“這是一項非常簡單的低成本工藝,是綠色的,”李曉東說。他們開始時使用可再生的植物為基礎的材料,此外,他和他的研究小組估計,直接使用紡織廠的棉布,會便宜10倍,勝過用化學方法處理煤或石油,制成活性炭。
為了使他的概念進入市場,這個工藝就需要擴大。李曉東說,下一階段,他要尋找可能的行業合作伙伴。他也找到州政府領導,商談使用這一工藝,促進恢復當地的紡織生產。
雷扎?薩巴健-亞西爾(Reza Shahbazian-Yassar)是密歇根理工大學(Michigan Technological University)機械工程副教授,他的專長是使用納米材料,進行不同形式的能量儲存。他很熟悉最近《先進材料》雜志上的這篇文章。
“這項研究的新穎之處在于,他們轉換面料,使用的是簡單的熱處理工藝和一點化學工藝,”他說。薩巴健?亞西爾看到服裝的優勢,可以進行方便的儲能。他補充說,在戰場上的士兵可以進行軍事應用。
“當然,所面臨的挑戰是,提高這些纖維可以儲存的能量,”他說。這種材料也要在經常折疊和拉伸后,保持出色性能。
李曉東最近在北京做了一次演講,他說,他設想,有朝一日,學術會議與會者都使用可以卷起來的電子海報,包括柔性電源。
“我喜歡思考大局,”他說?!把刈耪馓趼紛呦氯?,我們會看到,這樣用棉花制成的能源設備會進入市場。我們就不會再依賴石油了?!?/span>
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