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(原標(biāo)題：科學(xué)家發(fā)明太陽(yáng)能充電服，不用再為手機(jī)沒(méi)電焦慮)
產(chǎn)生電能的光伏電池和存儲(chǔ)電能的電容器，都可以穿在身上了。
“電影是我靈感的源泉，”Jayan Thomas說(shuō)，“如果能夠發(fā)明可以自動(dòng)充電的服裝或者紡織品，那么我們就可以實(shí)現(xiàn)很多電影中的奇思妙想了。想想都覺(jué)得非常振奮。”
Thomas是中佛羅里達(dá)大學(xué)(UCF)納米科學(xué)科技中心的副教授，目前一直從事超級(jí)電容器的研究。最近，他從科幻電影中獲取了一些靈感，想制造可以被當(dāng)作太陽(yáng)能電池的服裝，這種服裝的好處不言而喻，可以遠(yuǎn)距離使用，不用再為尋找充電的插座而焦慮。
在自然通訊發(fā)表的文章中，Thomas和UCF的同事們制備了一種條帶狀的材料，這種材料可以收集光能，把它轉(zhuǎn)換成電能，存儲(chǔ)在附帶的電容中。
這項(xiàng)研究很容易和今年9月發(fā)布的一項(xiàng)研究成果聯(lián)系在一起。當(dāng)時(shí)研究者制造了一種包含兩個(gè)機(jī)組的編織材料，分別是光纖太陽(yáng)能電池和摩擦發(fā)電機(jī)，它們可以充分利用靜電產(chǎn)生能量?？上У氖牵@個(gè)材料卻沒(méi)有任何能量存儲(chǔ)裝置。
在Thomas最新的研究中，發(fā)電層是和儲(chǔ)能層連在一起的。條帶材料和帶有超級(jí)電容器的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以通過(guò)柔韌的銅帶連接在一起。銅帶還有一個(gè)重要的作用，作為直接電荷轉(zhuǎn)移的共享電極。
現(xiàn)在，科學(xué)界已經(jīng)普遍看好超級(jí)電容器，認(rèn)為它是可以逐漸替代供能電池的最佳選項(xiàng)。不過(guò)現(xiàn)階段還面臨一些問(wèn)題，雖然超級(jí)電容器可以快速釋放較大的能量并且快速再次充電，但是，它存儲(chǔ)大量電能的能力和持續(xù)放電的能力卻不及我們常用的電池，沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。因此，很多研究人員還在思考，如何在保持電容快速充放電性質(zhì)的同時(shí)，加強(qiáng)超級(jí)電容器能量密度。
UCF的研究者測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柔軟的太陽(yáng)能帶暴露在太陽(yáng)下吸收太陽(yáng)能時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率能達(dá)到10%，同時(shí)，超級(jí)電容器比電容達(dá)到1193法拉/克(F/g)。這是什么概念?舉個(gè)例子你就知道了。目前市場(chǎng)上超級(jí)電容器的比電容大概在100F/g左右。
這就意味著當(dāng)條帶材料的功能是太陽(yáng)能電池時(shí)，它可以有效地產(chǎn)生電能。而當(dāng)它是一個(gè)超級(jí)電容器時(shí)，相比于普通的超級(jí)電容器，能更持久地儲(chǔ)存能量，但另一方面，相比于普通的化學(xué)電池，還是存在存儲(chǔ)容量較小的缺陷。
為了展示這項(xiàng)技術(shù)，研究者將條帶材料制成絲狀材料，然后用織布機(jī)將這些長(zhǎng)絲編織成方形紗線。而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，會(huì)使用更先進(jìn)的紡織技術(shù)。不過(guò)，這兩種方法的宗旨都是一樣的：更好地把細(xì)長(zhǎng)的絲狀材料做成紡織物。
士兵把這種紡織太陽(yáng)能板穿在了身上
“這項(xiàng)技術(shù)主要會(huì)運(yùn)用于軍事方面，”Thomas說(shuō)，“在伊拉克和阿富汗的士兵會(huì)經(jīng)常在陽(yáng)光下走動(dòng)。其中部分士兵還要背著重量超過(guò)30磅的電池。而在一些惡劣的環(huán)境，運(yùn)輸電池是一件非常困難的事情。
但是，利用這項(xiàng)技術(shù)制成的服飾，就可以確保士兵在陽(yáng)光下行走的同時(shí)，讓設(shè)備吸收太陽(yáng)的能量，轉(zhuǎn)化成電能存儲(chǔ)起來(lái)。”
在采訪時(shí)，Thomas也說(shuō)道，超級(jí)電容器沒(méi)有足夠的容量對(duì)能量進(jìn)行存儲(chǔ)，因此不能完全代替電池，但是把電池和這種材料結(jié)合起來(lái)使用，就可以減少戰(zhàn)士的負(fù)重量。
Thomas還說(shuō)：“通過(guò)將幾種條帶材料(2-3條帶材料)合并成一個(gè)組帶，再將這些組帶(3-4)串聯(lián)起來(lái)，就能制成一套可用的設(shè)備，為無(wú)線電提供足夠的功率，保證它至少能正常工作10分鐘。目前，這些材料在提供儲(chǔ)能極限和能量密度還有待進(jìn)一步改善。但是，我們正在致力做進(jìn)一步的研究，從而保證它能在混合電池-電容器中發(fā)揮作用。”
產(chǎn)生電能的光伏電池和存儲(chǔ)電能的電容器，都可以穿在身上了。
“電影是我靈感的源泉，”Jayan Thomas說(shuō)，“如果能夠發(fā)明可以自動(dòng)充電的服裝或者紡織品，那么我們就可以實(shí)現(xiàn)很多電影中的奇思妙想了。想想都覺(jué)得非常振奮。”
Thomas是中佛羅里達(dá)大學(xué)(UCF)納米科學(xué)科技中心的副教授，目前一直從事超級(jí)電容器的研究。最近，他從科幻電影中獲取了一些靈感，想制造可以被當(dāng)作太陽(yáng)能電池的服裝，這種服裝的好處不言而喻，可以遠(yuǎn)距離使用，不用再為尋找充電的插座而焦慮。
在自然通訊發(fā)表的文章中，Thomas和UCF的同事們制備了一種條帶狀的材料，這種材料可以收集光能，把它轉(zhuǎn)換成電能，存儲(chǔ)在附帶的電容中。
這項(xiàng)研究很容易和今年9月發(fā)布的一項(xiàng)研究成果聯(lián)系在一起。當(dāng)時(shí)研究者制造了一種包含兩個(gè)機(jī)組的編織材料，分別是光纖太陽(yáng)能電池和摩擦發(fā)電機(jī)，它們可以充分利用靜電產(chǎn)生能量?？上У氖牵@個(gè)材料卻沒(méi)有任何能量存儲(chǔ)裝置。
在Thomas最新的研究中，發(fā)電層是和儲(chǔ)能層連在一起的。條帶材料和帶有超級(jí)電容器的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以通過(guò)柔韌的銅帶連接在一起。銅帶還有一個(gè)重要的作用，作為直接電荷轉(zhuǎn)移的共享電極。
現(xiàn)在，科學(xué)界已經(jīng)普遍看好超級(jí)電容器，認(rèn)為它是可以逐漸替代供能電池的最佳選項(xiàng)。不過(guò)現(xiàn)階段還面臨一些問(wèn)題，雖然超級(jí)電容器可以快速釋放較大的能量并且快速再次充電，但是，它存儲(chǔ)大量電能的能力和持續(xù)放電的能力卻不及我們常用的電池，沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。因此，很多研究人員還在思考，如何在保持電容快速充放電性質(zhì)的同時(shí)，加強(qiáng)超級(jí)電容器能量密度。
UCF的研究者測(cè)量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)柔軟的太陽(yáng)能帶暴露在太陽(yáng)下吸收太陽(yáng)能時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化率能達(dá)到10%，同時(shí)，超級(jí)電容器比電容達(dá)到1193法拉/克(F/g)。這是什么概念?舉個(gè)例子你就知道了。目前市場(chǎng)上超級(jí)電容器的比電容大概在100F/g左右。
這就意味著當(dāng)條帶材料的功能是太陽(yáng)能電池時(shí)，它可以有效地產(chǎn)生電能。而當(dāng)它是一個(gè)超級(jí)電容器時(shí)，相比于普通的超級(jí)電容器，能更持久地儲(chǔ)存能量，但另一方面，相比于普通的化學(xué)電池，還是存在存儲(chǔ)容量較小的缺陷。
為了展示這項(xiàng)技術(shù)，研究者將條帶材料制成絲狀材料，然后用織布機(jī)將這些長(zhǎng)絲編織成方形紗線。而在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，會(huì)使用更先進(jìn)的紡織技術(shù)。不過(guò)，這兩種方法的宗旨都是一樣的：更好地把細(xì)長(zhǎng)的絲狀材料做成紡織物。
士兵把這種紡織太陽(yáng)能板穿在了身上
“這項(xiàng)技術(shù)主要會(huì)運(yùn)用于軍事方面，”Thomas說(shuō)，“在伊拉克和阿富汗的士兵會(huì)經(jīng)常在陽(yáng)光下走動(dòng)。其中部分士兵還要背著重量超過(guò)30磅的電池。而在一些惡劣的環(huán)境，運(yùn)輸電池是一件非常困難的事情。
但是，利用這項(xiàng)技術(shù)制成的服飾，就可以確保士兵在陽(yáng)光下行走的同時(shí)，讓設(shè)備吸收太陽(yáng)的能量，轉(zhuǎn)化成電能存儲(chǔ)起來(lái)。”
在采訪時(shí)，Thomas也說(shuō)道，超級(jí)電容器沒(méi)有足夠的容量對(duì)能量進(jìn)行存儲(chǔ)，因此不能完全代替電池，但是把電池和這種材料結(jié)合起來(lái)使用，就可以減少戰(zhàn)士的負(fù)重量。
Thomas還說(shuō)：“通過(guò)將幾種條帶材料(2-3條帶材料)合并成一個(gè)組帶，再將這些組帶(3-4)串聯(lián)起來(lái)，就能制成一套可用的設(shè)備，為無(wú)線電提供足夠的功率，保證它至少能正常工作10分鐘。目前，這些材料在提供儲(chǔ)能極限和能量密度還有待進(jìn)一步改善。但是，我們正在致力做進(jìn)一步的研究，從而保證它能在混合電池-電容器中發(fā)揮作用。”
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