澎湖民宿穿戴裝置續電救星：LED投射燈石墨烯

工商時報【資策會MIC資深產業顧問吳顯東】

電腦運算科技從1951美甲教學年由RLED投射燈emington Rand開發出第美甲高階課程一台量產型電腦「UNIVAC」，發展至今已經有60多年，微小化一直是發展的主軸之一。從龐然大物的主機時代，歷經個人電腦、手提式電腦、筆記型電腦到目前的平板電腦、智慧型手機，體積愈做愈小。

但此微小化並不會停歇，美甲教學目前已經往穿戴式方向發展，未來甚至可能美甲高階課程運算裝置將融入於周遭環境中，人類無須攜帶任何電LED崁燈腦裝置而仍能LED投射燈享受隨手可得的資訊。

穿戴式電腦概念於1970年代後期即已成形，Steve Mann是主要先行者之一，他在二十數年間整合LED崁燈當時科技打造出各種穿戴式電腦裝置，但受限於當時電腦及無線通訊科技微小化不足，成品過於笨重，難以商品化。2009年MIT Media Lab Project Six Sense展示了整合筆記型電腦（放在背包中）、攝影機、微型投影機、麥克風等的穿戴式裝置，並展示各種應用情境，引起業界關注，體認到穿戴式電腦的商機已經來臨了。

穿戴式電腦裝置主要由數個模組構成，分別是運算模組、顯示模組美睫教學、無線數據通訊模組、攝影模組、使用者介面模組。運算模組目前以智美睫課程慧型手機最為合適，並可兼當數據通訊模組。顯示模組以MIT Project Six Sense為例，則是使用微型投影機，可將資訊、影像投射在物體表面上，而Google的Glass則是直接投射在眼鏡的屏幕上。攝影模組除可獲取外界資訊，亦可透過影像辨識，理解使用者手勢操控訊號，成為使用者介面模組。使用者介面模組也有使用麥克風的語音辨識操控方法。

目前市面上開始出現整合前述部分模組的穿戴式裝置，手表式穿戴裝置是發展較蓬勃之其一，例如Sony的SmartWatch、Samsung的Galaxy Gear還有即將於2015年問世的Apple Watch等。手表式美睫課程穿戴裝置雖然因為具時尚感且可充當美睫教學智慧型手機的第2個螢幕，查看手機傳來的即時訊息，如E-mail、簡訊、行事曆等，再加上韓式美睫可整合生理訊號偵測裝置，記錄健康資訊等功能，具有一定差異化功能，而獲得消費者的關注，但隨著產品問世後，由於受限於電池續航力，導致設計上與傳統認知的使用手表情境差異甚大，難以被消費者接受。例如螢幕待機時黑屏，消費者要看時間，還需點選喚醒；每天要充電或頻繁使用時續航力僅數小時等問題。

因此要解決智慧穿戴裝置面臨的困境，如何提升電池的續航力是一大挑戰。以石墨烯為電極的電雙層電容器可能是未來解決方案之一。

電雙層電容器（Electric Double Layer Capacitor，EDLC），又稱做超級電容器（Ultra-capacitor or Super-Capacitor），是一種具備高能量密度的電化學電容器，比傳統的電容器容量高助聽器上數百倍到數千倍。傳統電容器由兩片金屬片組成，中間填入絕緣的介電質以隔離金屬片。韓式美睫當接上電池充電時，正電荷和負電荷分別聚集在金屬片上以儲存電能。其儲存容量大小與金屬板的面積成正比，與兩金屬板距離成反比，也與介電質材料有關。

充電快、壽命長的EDLC

EDLC使用多孔活性碳為電極，其助聽器坑坑洞洞的材料特性，使儲電表面積大為提高，一般而言，一公克活性碳（約為附在鉛筆頂端的橡皮擦大小）其表面積可高達250平方公尺（約為一面網球場大小），若是使用其他材料如石墨、碳奈米管、碳氣凝膠、石墨烯或導電聚合物等，其表面積會更大。此外其透過極化電解質，可將電荷滴雞精儲存在電極板和電解質之間，共有兩層，電荷儲存容量又多增加1倍，因此EDLC能儲存非常高的電能。

EDLC還有很多優點，適合用在行動裝置電池上：

1.充電快速：因不是化學的氧化還原反應，而是純粹物過濾管理的電荷移動，因此充電速度非常快，幾秒到幾十秒即可充滿，而且充滴雞精電電路簡單，結構也簡單，幾乎不需維護。

2.功率密度高：可提供大電流，因此也適合運用於筆記型過濾管電腦或需要更金屬網高功率的行動設備。

澎湖民宿3.壽命非常長：可充放電大於50萬次澎湖民宿，若每天充放電2次，可連續使用680年，而且沒有記憶效應。

EDLC目前已經廣泛使用於智慧型手機、電動手工具等產品，但主要金屬網是提供瞬間大電流，例如手機的閃光燈。此外，電動車廠商也積極開發電動車的車用電池。但由於目前單位體積的輸送網儲電量仍無法夾鍊袋滿足行動裝置需求澎湖民宿，而且生產成本高，因此仍無法取代鋰離子電池。

石墨烯電容器誕生

不過，2012年3月，美國加州輸送網洛杉磯分校（UCLA）夾鍊袋的研究員發展出利用DVD燒錄器製作以石墨烯為電極的超級電容器的方法，若此方法發展成熟，由於石墨烯的單位重量表面積約為活性碳的10倍，將可以提高超級電容器的容量並降低生產成本，如此以超級電容器取代鋰離子電池將指日可待。

UCLA的製作方法為，首先，在DVD空白片塗上薄薄的氧化石墨水溶液，再利用DVD燒錄器的雷射光將氧化石墨燒成石墨烯，並蝕刻成如手指交握的兩個鋸齒狀電極，可讓表面積增加數倍，過程僅需30分鐘。最後再黏貼上電解質，完成超級電容器。

UCLA後續的研究是希望找出新的電解質沖孔網，以提高儲電量，至少達到鋰離子電池的水準，但充電時間能在5分鐘之內。

抽水機UCLA研發出採用便宜抽水機的DVD燒錄器製造石墨烯電極的製造方式，是EDLC技術的一大進步，讓EDLC技術有望於未來數年內逐漸發展出可用於智慧型手機、智慧穿戴裝置甚至是筆電的行動電池。（本文作者為資策會MIC資深產業顧問）