可穿戴电子产品的快速发展，顺应了小型化、便携化、功能化的趋势，推动了电力供需模式的快速转变。一方面，化石燃料的过度消费及随之而来的资源短缺、环境污染问题和碳中和的现实需求对发展可再生、可持续的绿色能源提出新要求。另一方面，传统的固定、集中、有序的供电模式与便携式、分布式、物联网和人工智能新时代可穿戴电子设备无序、低功耗的能源供应需求不匹配。因此，未来可穿戴电子设备迫切需要一种新的能源供应策略。为解决上述问题，研究人员致力于通过电路管理系统集成各种能量收集和能量存储设备，构建灵活的、不间断的、可穿戴式自充电电源系统，同时收集和储存环境能量。 在过去的几十年里，出现了各种各样的能量收集策略，如收集太阳能的光伏效应，收集热能的热电和热释电效应，收集机械能的压电和摩擦电效应等在可再生和可持续的自供电系统的研究领域受到了极大的关注。其中，摩擦电纳米发电机因其独特的优势受到关注。摩擦电纳米发电机是一种基于静电感应和摩擦起电效应的新型能量收集方式，可将人体呼吸、超声波、机械应力、心跳能量等微小的机械能转化为电能。
中国科学院北京纳米能源与系统研究所董凯副研究员和王中林院士综述了兼具能量采集和能量存储能力的柔性轻质自充电织物的研究现状。本文从纺织结构设计的角度全面总结了基于纤维/织物能量收集单元（摩擦纳米发电机）与纤维/织物储能单元（电池/电容器）结合的自充电纺织品的最新发展。根据纺织品结构设计，基于摩擦纳米发电机的自充电纺织品可分为：能量收集和能量存储为一体的纤维、储能纤维与摩擦纳米发电织物交织、摩擦纳米发电纤维和电容器纤维交织，以织物为基底的能量收集和存储，膜结构自充电设备，多模块组合设计等。通过典型实例对各模块进行了介绍和讨论，系统地展示了不同结构自充电纺织品的工作原理、特点以及存在的优缺点等。在此基础上，对自充电纺织品的研究现状进行了分析，指出了自充电纺织品未来发展的瓶颈，包括工作性能、阻抗失配、能量管理系统、自充电机制、性能评价指标、不同模块集成、耐久性与舒适性提升、成本收益等。

图1. 自充电织物的示意图，主要包括纤维/织物基能量收集单元、纤维/织物基能量存储单元和能量管理单元。

图2. 具备多模式能量采集单元的自充电织物。(a) 一种自充电织物集成纤维状摩擦纳米发电机、纤维状太阳能电池和纤维状电容器。(b) 一种高弹性自充电手环包含摩擦纳米发电机和太阳能电池两种能量采集器件和一个超级电容器。(c) 一种自充电织物集成收集汗液能的生物燃料电池和收集生物机械能的摩擦纳米发电机，并通过超级电容器进行能量存储。
自充电纺织品作为一个具有广阔应用前景的新研究方向，为未来的能源自主供应和分布式自供电传感提供了独特的解决方案。本文全面总结了将纤维/织物能量收集单元（摩擦纳米发电机）与纤维/织物形状能量存储单元（电池/电容器）结合在一起的自充电电力纺织品的最新进展。并对自充电纺织品最新研究的总结和展望提出来这一方向面临的挑战和机遇，对后续的相关工作具有重要的指导意义，能够帮助相关研究人员准确把握研究进展，聚焦关键科技问题，推动进一步研究和实际应用进程。
Self-charging power textiles integrating energy harvesting triboelectric nanogenerators with energy storage batteries/supercapacitors
Kai Dong, Zhong Lin Wang
J. Semicond. 2021, 42(10): 101601
doi:?10.1088/1674-4926/42/10/101601
Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/10/101601?pageType=en