最近，任何观看瑞典科学家 Anja Lund 在健身踏板上锻炼的人，可能都会觉得这是一种奇怪的健身方式。她在锻炼时手里拿着一个肩包，包的肩带上还在滴水。在这种情况下，锻炼是次要的，科学才是主要的。Lund 并不是在试图让自己出汗——而是在试图模拟在雨中快走。
目的是测试一种实验材料在潮湿环境下的反应。因此，她把肩带浸入自来水中，希望她和她的团队开发的这种特殊的发电织物不仅在潮湿时仍能发电，而且发电能力会更强。她在两个方面都取得了成功。
“我们之所以关注它在水下的功能，是因为大多数电子纺织品的结构意味着它们在潮湿时很可能就会停止工作，”她说。“对于实际应用来说，重要的是这种纺织品能够承受恶劣的天气和洗涤，就像人们对其他纺织品所期望的那样。我们的纺织品可以用在肩带上，也可以大规模生产，用于室内装饰、垫子或作为复合材料的填充物。纺织品越大，产生的电量就越多。”
可穿戴电子产品或电子纺织品的概念并非新鲜事物，但努力用实用且创新的能源来改进它们是一项持续的探索，现在变得更加重要。气候变化促使研究人员试图设计新颖的清洁能源，强调舒适性、实用性和可持续性——特别是新的电池选择。传统的碱性电池或锂离子电池通常会被丢弃在垃圾堆里，有泄漏有毒物质到土壤中的风险。它们还又重又大又硬，使用起来很不方便。
几个科学团队——使用不同的方法——一直在致力于设计由织物或纱线制成的功能性电池替代品。“我们开发了高性能、可穿戴、可拉伸的纱线电池，可以编织成智能纺织品，”香港城市大学的材料科学家 Chunyi Zhi 说，他的团队生产了一种可充电纱线电池，这种电池是防水的，即使被切成小块也能正常工作。“它可以轻松集成到柔性电子产品、智能纺织品和智能服装中，”他说，并且即使在“弯曲、拉伸、撞击甚至水洗”的情况下也能保持电量。
Lund 和她的同事 Christian Müller，都是瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员，他们创造了一种将动能转化为电力的纺织品，而且在潮湿时性能最好——这意味着穿着这种纺织品的人可以通过散步来发电。Lund 说：“如果你的夹克或袜子在你日常做事的时侯，仅仅因为穿戴它们就能成为电源，那不是很棒吗？”
Lund 的团队用于其机织织物的技术基于压电效应，即材料在拉伸或压缩时产生电力的现象。她通过将聚合物与导电纱线纺织在一起制成了她的纺织品。“我们发现纤维纺织是一种很好的方法，因为它涉及到多次拉伸材料，”她说。
这种压电材料由 24 根细如发丝的纤维组成。当它们潮湿时，水分改善了纤维之间的电气接触，效率更高。此外，“包里装的重量越重，包里由我们的织物构成的部分越多，我们获得的电力就越多，”她说。
“一旦纤维开发出来，我们就开始寻找它们的实际应用，”她补充道。“我们发现它们可以用作传感器，例如，如果你用这种织物编织一条带子并放在胸部，织物将感知由于心跳引起的微小运动，并产生相应的电信号。”
在实际应用之前，瑞典团队面临的唯一挑战是软织物与手表、笔记本电脑和智能手机等硬式常规电子设备之间的接口。Lund 说：“我们正在研究如何连接这两者而不损坏织物，或者使常规电子设备不被水损坏。”
对于可充电纱线电池，中国科学家将碳纳米管纤维捻成纱线，然后将一根纱线涂上锌形成阳极，另一根纱线涂上氧化镁形成阴极。然后将两根纱线像双螺旋一样捻在一起。研究人员表示，该电池稳定、可充电且防水。它还可以被切成几块，每块都可以为手表供电。
“与存在固有安全和成本问题的传统锂离子电池相比，这种纱线电池可以在各种严苛条件下良好工作，包括切割、弯曲、拉伸甚至浸泡在水中，表现出大大增强的安全性能、良好的针织性、高拉伸性和出色的防水性能，”Zhi 说。“浸泡在水中 12 小时后，电池仍保持了 96.5% 的初始容量。”
瑞典科学家在最近发表于《柔性电子》期刊的论文中描述了他们的工作。香港科学家的一项研究则出现在了美国化学学会出版物《ACS Nano》的最新一期中。
两个研究团队都认为，他们的电池发明可以轻松地扩大规模以广泛使用，且成本合理。Lund 说，尽管压电材料背后有先进的技术，但成本相对较低，与 GORE-TEX®（一种用于运动服装的防水透气材料）的价格相当。“纱线可以在工业织布机上编织，并且足够耐磨，能够应对大规模生产的严苛条件，”她说。
Zhi 说，大规模生产纱线电池所需的设备是普遍可用且价格低廉的。原材料的成本也很低，而且安全环保。“很难估计这些电池扩大规模的成本，但成本应该低于传统的锂离子电池，因为纱线电池使用的是成本非常低的材料，”他说。
玛琳·西蒙斯为Nexus Media撰稿，该媒体是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻社。
