可穿戴微电网：以汗水为动力

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  量子运行远见
• 2023 年 1 月 4 日

洞察总结

可穿戴技术应用包括人体健康监测、机器人、人机界面等。这些应用的进步促使人们对无需额外设备即可自行供电的可穿戴设备的研究不断增加。

可穿戴微电网背景

研究人员正在探索可穿戴设备如何从个性化的汗液能量微网格中获益，以扩展其功能。可穿戴微电网是能量收集和存储组件的集合，使电子设备能够独立于电池运行。个人微电网由传感、显示、数据传输和接口管理系统控制。可穿戴微电网的概念源自“孤岛模式”版本。这种孤立的微电网包括一个由发电单元、分层控制系统和可以独立于主电网运行的负载组成的小型网络。

在开发可穿戴微电网时，研究人员必须考虑额定功率和应用类型。能量采集器的尺寸将取决于应用所需的功率。例如，医疗植入物在尺寸和空间上受到限制，因为它们需要大电池。然而，通过利用汗水的力量，植入物将有可能变得更小、用途更广泛。

破坏性影响

2022 年，加州圣地亚哥大学的纳米工程师团队创建了一种“可穿戴微电网”，可以存储汗水和运动产生的能量，为微型电子设备提供电力。该设备包括生物燃料电池、摩擦发电机（纳米发电机）和超级电容器。所有部件均灵活且可机洗，非常适合制作衬衫。 

该小组于 2013 年首次发现了汗液收集设备，但此后该技术变得更加强大，可以容纳小型电子设备。微电网可以让 LCD（液晶显示屏）手表在 30 分钟跑步和 10 分钟休息期间保持运行 20 分钟。与摩擦发电机在用户移动之前提供电力不同，生物燃料电池是通过汗水激活的。

所有部件都缝在衬衫上，并通过印在织物上的细而柔韧的银线连接，并涂有防水材料进行绝缘。如果衬衫没有用洗涤剂清洗，那么反复弯曲、折叠、弄皱或浸泡在水中，其部件就不会分解。

生物燃料电池位于衬衫内部，从汗液中收集能量。同时，摩擦发电机放置在腰部和躯干两侧附近，将运动转化为电能。这两个组件在穿着者行走或跑步时捕获能量，然后衬衫外侧的超级电容器暂时存储能量，为小型电子设备提供电力。研究人员有兴趣进一步测试未来的设计，以便在人不活动或静止时（例如坐在办公室内）发电。

可穿戴微电网的应用

可穿戴微电网的一些应用可能包括： 

• 在锻炼、慢跑或骑自行车时为智能手表和蓝牙耳机充电。
• 医疗可穿戴设备，例如由佩戴者的运动或体温供电的生物芯片。
• 无线充电衣服在穿着后储存能量。这一发展可能允许服装向智能手机和平板电脑等个人电子产品传输电力。
• 人们可以在使用电子设备的同时为其充电，从而降低碳排放和能源消耗。
• 增加对可穿戴微电网其他潜在外形因素的研究，例如鞋子、服装和腕带等其他配件。

需要考虑的问题

• 可穿戴能源还能如何增强技术和应用？
• 这样的设备如何帮助您完成工作和日常任务？