一件柔軟透氣的衣服，一隻時尚輕便的背包，不用内置額外的電池就能為手機等電子器件供電……日前，國際學術期刊《自然》主刊發表了複旦大學彭慧勝團隊纖維锂離子電池的最新研究成果，該研究成功走通了柔性纖維電池研發的“最後一公裡”，有望為人機互動、健康檢測、智能傳感等領域提供有效的能源解決方案。
論文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07343-x
經過多年探索研究，團隊在高性能纖維電池以及電池織物的研究中取得了新突破，通過設計具有孔道結構的纖維電極，實作電極與高分子凝膠電解質的有效複合，解決了高分子凝膠電解質與電極界面穩定性差的難題；發展出基于高分子凝膠電解質的纖維電池的連續化建構方法，實作了高安全性、高儲能性能纖維電池的規模制備，建立了纖維電池織物的應用示範。
作為能源領域的一個全新研究方向，纖維锂離子電池在發展過程中面臨着三個難題。彭慧勝告訴記者，三個難題分别是：是否可以通過設計纖維結構獲得柔軟的锂離子電池？是否能制備高能量密度的纖維锂離子電池？是否能實作高安全性纖維锂離子電池？
經過十多年探索研究，團隊相繼攻克了前兩個難題。在安全性方面，使用高安全性的高分子凝膠電解質來代替此前電池中主要使用的易漏易燃的有機電解質是一個很好的方案，但必須解決高分子凝膠電解質與纖維電極界面不穩定的難題。
一個偶然的契機讓彭慧勝注意到了爬山虎這種植物，它們能夠緊密而穩定地纏繞在另一根植物藤蔓上，是因為分泌出一種具有良好浸潤性的液體，該液體滲透到兩者接觸表面的孔道結構中，讓兩者粘在了一起。
同時設計取向孔道和網絡孔道結構
受此啟發，團隊設計了具有多層次網絡孔道和取向孔道的纖維電極，并設計單體溶液使之滲入到纖維電極的孔道結構中，單體發生聚合反應後生成高分子凝膠電解質，進而與纖維電極形成緊密穩定的界面，進而實作了高安全性與高儲能性能的兼得。
如今，團隊正在纖維電池的應用之路上進行探索。他們使用工業編織方法制備了大面積纖維電池織物。一塊50 cm×30 cm大小的電池織物，容量可達到2975 毫安時，與常用手機電池相當，可滿足多種裝置的用電需求。在相關工業标準的要求下，電池織物在經受大電流充放電、過壓充電和欠壓放電、高溫存儲後沒有發生洩漏、着火等安全事故，顯示出良好的安全性和穩定性。未來有望應用于消防救災、極地科考、航空航天等重要領域。
高效制備1400米纖維電池
在研究成果釋出會現場，彭慧勝團隊成員向記者展示了纖維電池的應用案例。一塊用纖維電池制成的布料能直接連上手機，為手機充電。另一款手提包中使用了纖維電池，能點亮包内的LED燈。團隊成員還現場示範了其安全性，在接上手機後，不斷地切斷纖維，也沒有影響充電的進行。
研究成果釋出會現場
從提出科學概念到實作工業化産品，彭慧勝團隊緻力于讓科研成果走出實驗室，在不懈努力下，纖維電池的初步應用正在實作。據悉，下一步，團隊期待與産業界加強合作，進一步提升新型纖維锂離子電池性能，降低其成本，推動纖維電池的廣泛應用。
本文來源：東方網。