Photo Credit: Photo by Alex Holyoake on UnsplashPhoto Credit: Photo by Alex Holyoake on Unsplash
是否遇過手機突然沒電,但身邊卻沒有行動電源的窘境呢?西班牙馬拉加大學與義大利技術研究院,聯手開發一款能穿在身上的行動電源,隨時隨地都能發電。

編譯:蘇郁晴
你也有通勤上班、上學邊聽音樂時,手機突然沒電的困擾嗎?這件融合番茄皮和奈米碳管(carbon nanoparticles)製成的 T-shirt 不但能利用體溫產生電能,未來還能替我們的手機充電,免除攜帶行動電源的麻煩。
為了不浪費運動時身體所產生的熱能,西班牙馬拉加大學(University of Málaga)和義大利技術研究院(Italian Institute of Technology)的研究員們依「熱電效應」(thermoelectric effect)設計了一款 T-shirt,能夠利用我們走路、跑步或從事任何運動時,體溫與外在環境冷空氣間產生的溫差產生電能。
我們的日常生活中有很多熱能運作的案例,例如,太陽的熱能溫暖大氣層、爐灶的熱能將水煮至沸騰。儘管如此,「浪費熱能」的例子也不勝枚舉,如機械與電的作用過程、人類的日常活動等所產生的熱能都直接散發至環境中。(同場加映:倫敦地下鐵回收「廢熱」為家戶供暖,有望降低全國近一半能源消耗
事實上,我們可以藉由熱電效應的原理使用這些熱能,將溫差轉換為電壓。當兩個導體相互接觸,而其中一端已受熱時,電子(electrons)就會移向較冷的那端,並產生流通於電路(circuit)的電流(current)。
有些布料也具導體的效果,能將溫差轉換為電力來源。研究團隊表示,就如同這件 T-shirt 利用我們身體熱能與環境的冷空氣製造電力。

奈米碳管、石墨烯、奈米纖維取代不適用的熱電材料

一般而言,熱電材料會自汽車或工業過程中回收廢熱,其中,得以將熱能轉化為電流的材料通常是稀缺且對環境不友善的,與金和鉑同等稀有的碲(tellurium)就是其中之一。
分子生物研究院(Department of Molecular Biology)及西班牙馬加拉大學生物化學所的成員之一 José Alejandro Heredia,以及撰寫《Green Biocomposites for Thermoelectric Wearable Applications》的其中一名作者皆表示,這些熱電材料都相當昂貴、堅硬且有毒,並不適合用於穿戴式裝置。
於是,Heredia 和其他研究員們致力於找出兼具彈性、可生物分解、可穿戴式,且能透過熱電效應作用的材料。而價格較低且廣為使用的奈米碳管(carbon nanoparticles)、石墨烯(graphene)和奈米碳纖維(carbon nanofibers)便是解答。
(研究團隊正研發兼具彈性、可生物分解、可穿戴式,且能透過熱電效應作用的材料。來源:University of Malaga)
(研究團隊正研發兼具彈性、可生物分解、可穿戴式,且能透過熱電效應作用的材料。來源:University of Malaga

由番茄皮製電子織物,實用、經濟又環保

但問題來了,要如何將這些材料黏附在棉質的 T-shirt 上呢?為了解決這項問題,研究員依生物基質膠(bio-based glue)的原理,將番茄皮融合奈米碳管製成溶劑,使其滲入棉質服飾,並透過可生物分解材料賦予布料電的特性,使之成為電子織物(e-textile)。
此外,使用番茄皮作為電子織物材料之一對環境也有加值的效果。「番茄皮在番茄工廠加工時是廉價的副產品,以循環經濟面來說,我們提供了第二生命給這些殘餘物」Heredia 說。
Heredia 表示,團隊已持續嘗試並改良這款電子織物,使其得以清洗及熨燙。
為了打造電子織物的原型,研究員使用導電碳膠帶(carbon conductive tape)連接  T-shirt 外部的導線來應證它是否可以產生電能。結果顯示,這件 T-shirt 的確可以開啟 LED 燈。而今,團隊仍持續研發讓布料能儲存電能的方法。
「一開始,我們認為這個布料可發展為利基(niche)產品,在外太空、軍事任務等極端狀況下也能取得電能。但經過一些改良後,布料發展出更多可能性,甚至還能運用於時尚產業中。」Heredia 說。
不僅如此,這項技術目前還能將各種附加特徵直接與布料融合,例如,燈、感應器和無線網路(在之前的研究中,研究團隊藉由番茄皮和石墨烯製作無線網路天線)。

熱電效應融入日常生活,未來甚至還有「鋼鐵人裝備」的科技

近來,研究員們正嘗試如何利用熱電原理開發穿戴式裝置為手機充電,這項科技同樣也可以為醫療傳感裝置、手錶和助聽器提供電能。
除此之外,此款運用熱電效應的電子織物若結合運動服飾、辦公室或汽車座椅還能擁有立即使身體冷卻的效果。研究員開玩笑地表示,這項科技可以讓我們享受鋼鐵人那套具備感測器和科技裝置的服裝,甚至還能擁有飛翔的功能。
我們的服飾日趨未來化,且越來越強大。人們穿著的衣服不再只是單純的布料,而是能夠將人類移動產生的能量轉化為電能的工具。雖然這款電子織物目前還未上市,但研究團隊相信,未來的某一天,人們將能穿上電子織物,成為可自行產生電力的「自產電超能力者」。
核稿編輯:李沂霖
「社企流網站集資計畫」需要你的支持,為社會創造更多可能! →馬上支持

文章標籤

  • 社企案例地球村

    社企案例地球村

    由社企流編輯群介紹世界各國社會創新案例,讓你不出門也知天下事!