柔軟透氣的衣服、時尚輕便的背包可以儲存能量，隨時隨地為手機(jī)、手表等隨身電子器件供電——這一曾經(jīng)隻存在於科幻小說中的場景，正逐漸走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團(tuán)隊(duì)在高性能纖維電池以及電池織物的研究中取得新突破，實(shí)現(xiàn)了高安全性、高儲能性能纖維電池的規(guī)模制備。相關(guān)研究成果日前以《基於高分子凝膠電解質(zhì)的高性能纖維電池》為題，發(fā)表於《自然》主刊。該研究成功走通了柔性纖維電池研發(fā)的“最后一公裡”，有望為人機(jī)交互、健康檢測、智能傳感等領(lǐng)域提供有效的能源解決方案。

　　 作為能源領(lǐng)域的一個全新研究方向，纖維鋰離子電池在發(fā)展過程中面臨著三個難題：是否可以通過設(shè)計(jì)纖維結(jié)構(gòu)獲得柔軟的鋰離子電池，使電池可被應(yīng)用於織物？是否能制備高能量密度的纖維鋰離子電池，從而在較小的重量或體積中存儲大量電能？是否能實(shí)現(xiàn)高安全性纖維鋰離子電池，即便遭遇彎折或焚燒也不會產(chǎn)生安全隱患？

　　 經(jīng)過十多年探索研究，彭慧勝團(tuán)隊(duì)相繼攻克了前兩個難題，並使用高安全性的高分子凝膠電解質(zhì)，解決了傳統(tǒng)電池中有機(jī)電解質(zhì)易漏易燃的問題，保証與人體緊密貼合的纖維電池織物足夠安全。然而，高分子凝膠電解質(zhì)難以與纖維電極形成緊密穩(wěn)定的接觸界面，導(dǎo)致纖維鋰離子電池儲能性能非常低。因此，實(shí)現(xiàn)高安全性纖維電池的關(guān)鍵在於：如何解決高分子凝膠電解質(zhì)與纖維電極界面不穩(wěn)定的難題。

　　 瓶頸的突破源於對自然的觀察和思考。彭慧勝在訪問中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所時，注意到爬山虎可以緊密而穩(wěn)定地纏繞在另一根植物藤蔓上，於是拔下來察看，在調(diào)研后發(fā)現(xiàn)：爬山虎能分泌出一種具有良好浸潤性的液體，滲透到兩者接觸表面的孔道結(jié)構(gòu)中，隨后液體中的單體發(fā)生聚合反應(yīng)，將爬山虎和被纏繞的植物藤蔓粘在一起。

　　 受此啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有多層次網(wǎng)絡(luò)孔道和取向孔道的纖維電極，並設(shè)計(jì)單體溶液使之滲入到纖維電極的孔道結(jié)構(gòu)中，單體發(fā)生聚合反應(yīng)后生成高分子凝膠電解質(zhì)，從而與纖維電極形成緊密穩(wěn)定的界面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高安全性與高儲能性能的兼得。

　　 更進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)發(fā)展出基於高分子凝膠電解質(zhì)纖維電池的連續(xù)化制備方法，實(shí)現(xiàn)了纖維電池的大規(guī)模制備。

　　 如今，彭慧勝團(tuán)隊(duì)正在纖維電池的應(yīng)用之路上進(jìn)行探索。為了更直觀地展示纖維鋰離子電池的應(yīng)用潛力，團(tuán)隊(duì)率先試制了一款可充電概念包，在變形、水洗、強(qiáng)紫外照射后仍能穩(wěn)定供電。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步制作了多功能消防服，在高溫火場的模擬環(huán)境中，電池織物在即使被磨損剪斷后仍沒有發(fā)生著火、爆炸等安全事故，並穩(wěn)定地為對講機(jī)、傳感器等消防員隨身設(shè)備供電。

　　 “纖維電池的應(yīng)用場景擁有非常廣闊的想象空間,比如應(yīng)用於軟體機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備等，應(yīng)用場景需要大家一起開拓?！迸砘蹌僬f，下一步，期待與產(chǎn)業(yè)界加強(qiáng)合作，進(jìn)一步提升新型纖維鋰離子電池性能，降低其成本，推動纖維電池的廣泛應(yīng)用。

　　 （記者 顏維琦 通訊員 鐘沁蕊）

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