本發(fā)明屬于功能纖維織物領(lǐng)域，具體為一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物。

背景技術(shù)：

1、在科學(xué)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的進(jìn)程中，可穿戴設(shè)備已然崛起成為研究領(lǐng)域備受矚目的焦點(diǎn)。這類新型技術(shù)融合了先進(jìn)的傳感器、前沿的通信技術(shù)以及強(qiáng)大的計算能力，在工作研究協(xié)助、身體狀況檢測、運(yùn)動軌跡追蹤、環(huán)境態(tài)勢監(jiān)測以及醫(yī)療輔助支撐等諸多方面大顯身手，深刻地變革了人們的生活習(xí)性與工作范式。然而，不可忽視的是，此類便攜式設(shè)備普遍面臨著電池續(xù)航能力不足的困境。頻繁的充電需求不僅極大地削弱了使用的便捷性，對于那些需要長時間持續(xù)監(jiān)測的場景以及在外出且缺乏充電條件的工作狀況而言，更是產(chǎn)生了嚴(yán)重的阻礙。故而，探尋一種切實(shí)可行的途徑來化解便攜式設(shè)備電池續(xù)航短暫以及充電艱難的難題迫在眉睫。

2、人體作為穿戴設(shè)備的天然承載平臺，眾多研究人員發(fā)現(xiàn)，借助熱電、壓電以及摩擦電等能量轉(zhuǎn)換技術(shù)手段，能夠?qū)⑷梭w自身的生理特性與行為動態(tài)轉(zhuǎn)化為電能，從而為便攜式設(shè)備提供有效的能量補(bǔ)充。具體而言，把這些具備特殊功能的材料制備成一維的纖維形態(tài)，隨后將其與纖維相互交織編織。如此一來，所形成的織物既能夠保有傳統(tǒng)衣物的基本屬性，又能夠?qū)崿F(xiàn)充放電功能，有希望在未來實(shí)現(xiàn)可穿戴電子等便攜式設(shè)備的自供電。

3、熱電纖維具備獨(dú)特的優(yōu)勢，其能夠直接利用溫差效應(yīng)將熱能高效地轉(zhuǎn)換為電能。在人體活動發(fā)生或者環(huán)境溫度出現(xiàn)波動變化之際，人體與環(huán)境之間便會自然形成溫差，而熱電纖維恰好能夠捕捉并有效地將這些熱能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而為便攜式設(shè)備源源不斷地輸送電力。這一技術(shù)創(chuàng)新舉措不僅有力地推動了能源的可持續(xù)性利用進(jìn)程，還顯著地降低了對傳統(tǒng)能源的依賴程度，為綠色能源的廣泛應(yīng)用開辟了嶄新的道路。但值得注意的是，隨著熱電技術(shù)的不斷演進(jìn)發(fā)展，熱電材料的能量轉(zhuǎn)換效率勢必會持續(xù)攀升，而在這一能量轉(zhuǎn)換的持續(xù)進(jìn)程中，尤其是在人體溫度與環(huán)境溫度差較為顯著且長時間維持的區(qū)域，將會不可避免地產(chǎn)生大量過剩的能量。隨著能源資源的不斷消耗和生產(chǎn)發(fā)展對能量的需求不斷增加，有必要將這些綠色可持續(xù)的能量收集起來。并且，熱電轉(zhuǎn)化的效率受到的影響因素較多，在為設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)能時，其電流的不穩(wěn)定影響了其補(bǔ)能效率。

4、儲能纖維則是將電池或者超級電容器地塑造為纖維狀的儲能元件，其良好的柔性、輕便性以及機(jī)械性能使其在可穿戴設(shè)備、智能家居、電動汽車等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出極為廣闊的應(yīng)用前景。

5、綜上所述，將熱電纖維與儲能纖維結(jié)合，通過紡織技術(shù)與纖維共同編織，制成的功能智能織物，能夠高效地利用人體與環(huán)境之間的溫差進(jìn)行發(fā)電，并將所產(chǎn)生的電能妥善地存儲于纖維內(nèi)部，進(jìn)而為可穿戴器件以及植入性醫(yī)療設(shè)備等各類便攜式設(shè)備穩(wěn)定地進(jìn)行充電續(xù)航，為可穿戴設(shè)備與智能衣物的發(fā)展提供堅實(shí)穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明在于提供一種利用熱電纖維和儲能纖維組成的智能織物，實(shí)現(xiàn)了從發(fā)電到儲電的一體化，能夠?yàn)楸銛y式設(shè)備進(jìn)行長時間的補(bǔ)能，并且有效的提高其補(bǔ)能效率，旨在解決上述背景技術(shù)存在的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，包括織物主體，所述織物主體由纖維、熱電纖維和儲能纖維機(jī)織而成，所述纖維作為經(jīng)線或者緯線，熱電纖維和儲能纖維間隔編織作為與纖維相對應(yīng)的緯線或經(jīng)線，所述熱電纖維和儲能纖維相連并且均為單根纖維；

4、所述熱電纖維由p型纖維-電極層-n型纖維交替循環(huán)排列組成；

5、所述儲能纖維包括聚合物外層，所述聚合物外層內(nèi)包含有電解質(zhì)和兩纖維電極；

6、所述織物主體上設(shè)有充電單元，所述充電單元與儲能纖維中的纖維電極連接，所述充電單元內(nèi)有無線或有線充電裝置為便攜式設(shè)備充電。

7、作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述纖維為天然纖維或者人造纖維。

8、作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述p型纖維由p型熱電材料電化學(xué)沉積或涂覆在纖維材料表面，所述n型纖維由n型熱電材料電化學(xué)沉積或涂覆在纖維材料表面。

9、作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述p型纖維和n型纖維采用核殼溶液濕法紡絲的方式，在核層中交替擠出p型熱電材料和n型熱電材料制成。

10、作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述儲能纖維為濕法紡絲制成的纖維狀的電池或者超級電容器，所述纖維電極核層采用高導(dǎo)電材料，所述電解質(zhì)采用導(dǎo)電摻雜的半固體或固態(tài)材料，所述聚合物外層采用彈性材質(zhì)。

11、本發(fā)明的有益效果包括：

12、1、本發(fā)明提出的智能織物，運(yùn)用人體熱與外界環(huán)境的溫度差進(jìn)行發(fā)電，從而為可穿戴電子設(shè)備以及植入型醫(yī)療設(shè)備等便攜式設(shè)備提供可靠的充電支持，顯著改善了此類設(shè)備續(xù)航能力欠佳的現(xiàn)狀，為其持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

13、2、借助將儲能纖維融入自發(fā)電織物系統(tǒng)中，使得由熱電效應(yīng)所產(chǎn)生的電能得以高效地存儲于衣物內(nèi)部，不僅有效降低了能量在傳輸與轉(zhuǎn)換過程中的損耗，而且極大地提升了可補(bǔ)充能量的上限，優(yōu)化了整個能量管理與利用的流程。

14、3、由于熱電效應(yīng)具有不穩(wěn)定性以及對環(huán)境條件的高度依賴性，在其為便攜式設(shè)備充電時，不穩(wěn)定的電流極有可能對電子設(shè)備造成損害。而通過引入儲能纖維作為能量中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，能夠有效地對電流進(jìn)行緩沖與調(diào)節(jié)，使其輸出電流趨于穩(wěn)定，進(jìn)而大幅提高充電效率，確保充電過程的安全與可靠。

15、4、本發(fā)明提出的智能織物具備良好的兼容性，可與傳統(tǒng)織物結(jié)合并通過縫制工藝融為一體。在諸如太空、月球等極端環(huán)境中，由于環(huán)境溫度與人體溫度存在顯著差異，該智能織物能夠持續(xù)不斷地進(jìn)行充電與儲能操作。通過提高其中儲能纖維和熱電纖維的含量，提高其充電效率，為宇航服、生命維持系統(tǒng)乃至各類科研設(shè)備提供穩(wěn)定且不間斷的電能供應(yīng)，有力地延長了宇航員在艙外執(zhí)行任務(wù)的時長與活動范圍。

技術(shù)特征：

1.一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，其特征在于：包括織物主體（1），所述織物主體（1）由纖維（3）、熱電纖維（4）和儲能纖維（5）機(jī)織而成，所述纖維（3）作為經(jīng)線或者緯線，熱電纖維（4）和儲能纖維（5）間隔編織作為與纖維（3）相對應(yīng)的緯線或經(jīng)線，所述熱電纖維（4）和儲能纖維（5）相連并且均為單根纖維；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，其特征在于：所述纖維（3）為天然纖維或者人造纖維。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，其特征在于：所述p型纖維（6）由p型熱電材料電化學(xué)沉積或涂覆在纖維材料表面，所述n型纖維（8）由n型熱電材料電化學(xué)沉積或涂覆在纖維材料表面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，其特征在于：所述p型纖維（6）和n型纖維（8）采用核殼溶液濕法紡絲的方式，在核層中交替擠出p型熱電材料和n型熱電材料制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，其特征在于：所述儲能纖維（5）為濕法紡絲制成的纖維狀的電池或者超級電容器，所述纖維電極（9）核層采用高導(dǎo)電材料，所述電解質(zhì)（10）采用導(dǎo)電摻雜的半固體或固態(tài)材料，所述聚合物外層（11）采用彈性材質(zhì)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有熱電發(fā)電與電池儲能的智能織物，屬于功能纖維織物領(lǐng)域。該智能織物的織物主體由纖維、熱電纖維和儲能纖維機(jī)織而成，纖維增強(qiáng)面料強(qiáng)度與抗拉扯能力，熱電纖維由P型纖維?電極層?N型纖維分段式交替循環(huán)排列組成，可通過多種方式制備，儲能纖維是以特定材料經(jīng)濕法紡絲制成的纖維狀電池或超級電容器，并涂有彈性聚合物外層。織物主體表面縫有口袋，內(nèi)部集成與儲能纖維連接且設(shè)有無線或有線充電裝置的充電單元。當(dāng)人穿著時，熱電纖維利用人體與環(huán)境溫差產(chǎn)生電勢差，將電能傳輸至并聯(lián)的儲能纖維儲存起來，充電單元則可通過有線或無線方式為便攜式設(shè)備充電，有效解決了便攜式設(shè)備續(xù)航不足的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：張挺,吳文齊,柴星仔,馬文豪,顧云鵬,陳海生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中科南京未來能源系統(tǒng)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24