太陽能技術融入紡織品 提供急救即時電源供應

近期在科技應用上,太陽能的「編織品」完成了其編織檢測。這項編織品的技術預計將應用在高性能設備中,使相關設備能保持充電狀態,以及隨時待命的狀態。

目前於全世界有數以萬計的家庭是由太陽能板供電,以其捕捉由上方照射下來的陽光並將其轉化為電能。由此可知,太陽能是一種成熟的能源,且具有巨大的潛力和無限的應用。

示意圖/123RF

可以捕捉陽光並將其轉化為電能服裝的想法,聽起來或許有點太科幻了,但美國國土安全部科學技術局(Science and Technology Directorate,S&T),正竭盡心力地將其現實。光伏(Photovoltaic,PV)能源收集紡織品不僅是可能實現的,而且是一個解決當前面臨困境實際解方。

能量收集紡織品降低了只有依靠牆壁插座作為設備充電來源的風險。例如,在自然災害和緊急應變期間,電網可能會受到損害,如此一來便無法利用牆壁上的插座提供電源。此一紡織品還避免了攜帶額外電池的需要。就實際而言,第一線的急救人員確實有必要為其偵測器和其他可穿戴電子設備提供輕型電源。

科學技術局的科技專案經理 Kimberli Jones-Holt ,認為「智慧型紡織品是未來」,更表示「這個能量收集紡織品專案非常創新…,我期待著急救人員佩戴,並受益於該產品的那一天來臨。」

於美國國土安全部中,有一群具有緊急應變相關經歷的專業人士所組成的專業小組(First Responder Resource Group,FRRG)。FRRG 在最初將此這項計畫訂定為高度優先的需求。S&T 也汲取其意見,並於現階段致力開發相關解決方案,包括製造一種光伏纖維,該纖維可以編織成電源紡織品,然後應用到急救人員的服裝、避難所和相關設備上,為電池充電提供可靠的電力電子設備。紡織品的功率輸出足以在 8 小時內為三號電池( AA 電池)充電。這項計畫將為市場中可行的、紡織集成的、能源收集的光伏設備提供基礎框架,此外,這些設備可以在現場進行直接應用測試。

S&T 於2018年8月向一間波士頓公司 Protect the Force, LLC 授予 199,260 美元,並透過矽谷創新計畫啟動這項研發專案。馬薩諸塞大學洛厄爾分校(University of Massachusetts Lowell,UML),也透過其世界級的紡織品開發中心(Fabric Discovery Center)與這一重要專案合作。工業、學術和科技專家團隊共同創造了一種初始原型紡織品,其纖維在僅只有幾百納米的光滑不銹鋼線芯上,包覆著非常薄的光能捕獲塗層。這使該團隊能夠在2019年7月成功展示小規模(僅100平方釐米紡織品樣本)的概念驗證,並且進入下一階段的開發。更重要的是,該項研發專案正在持續進行中。

Protect the Force, LLC 的技術副總 Francisco Martinez 認為,「這是即時創新」並說:「由於這是一項新技術,因此製造設備尚不存在。我們正在不斷調整和改進,以開發出有效且可以擴大規模的產品。」

團隊的即時獨創性和解決問題的關鍵證明,取決於他們是否能夠調整和重新配置設備的方式。他們的固化過程就是一個很好的例子。首先,需要紫外線燈來固化電線的包層,因為未固化的電線很黏,因此很難使用。該團隊能夠認知到以紫外線固化包層材料,並找到適當的紫外線燈,以確保電線的均勻、均勻固化,以及隨後編織紡織品的品質和可靠性。

  • 產品的「光明」未來

第二階段包括初始生產、光伏能源收集紡織品樣本的測試以及融入到消防員服裝上的操作。雖然最初的應用是計畫用於野外消防,但 S&T 正在嘗試將技術轉移到國土安全部其他機構及更多地方。

2022年春天,UML 成功進行了紡織品測試。該團隊使用 Thread Controller 2 電子織布機將 PV 奈米纖維與數公里的 Nomex® 紗線(一種用於防護服的防燃紡織品)交織在一起。

目前正在進行設計改良。開發人員正在研究紡織纖維的編織設計,使其能以最大限度地暴露在陽光下,進而讓紡織品的產能達到最大化。

其材質的彈性和防潑水性是其他非常重要的要素,兩者都取決於適當的包層。開發人員甚至準備測試對各種壓力源的抵抗力,以確保符合美國國家消防協會的標準,並努力使該紡織品具有透氣性,這已被證明是一項重大的科學挑戰。

第二階段的研發將預計於今年年底結束,並期待未來能夠將此一能源收集紡織品的技術應用於急救人員的服裝中。(記者/戴偉丞)

參考資料:

https://www.dhs.gov/science-and-technology/news/2022/07/21/feature-article-will-sun-soon-power-first-responders

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