走通纖維鋰離子電池“最後一公里”

　　柔軟透氣的衣服、時尚輕便的揹包可以儲存能量，隨時隨地為手機、手錶等隨身電子器件供電——這一曾經只存在於科幻小説中的場景，正逐漸走進現實。近日，復旦大學彭慧勝團隊在高性能纖維電池以及電池織物的研究中取得新突破，實現了高安全性、高儲能性能纖維電池的規模製備。相關研究成果日前以《基於高分子凝膠電解質的高性能纖維電池》為題，發表于《自然》主刊。該研究成功走通了柔性纖維電池研發的“最後一公里”，有望為人機交互、健康檢測、智慧傳感等領域提供有效的能源解決方案。

　　作為能源領域的一個全新研究方向，纖維鋰離子電池在發展過程中面臨著三個難題：是否可以通過設計纖維結構獲得柔軟的鋰離子電池，使電池可被應用於織物？是否能製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？是否能實現高安全性纖維鋰離子電池，即便遭遇彎折或焚燒也不會産生安全隱患？

　　經過十多年探索研究，彭慧勝團隊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，解決了傳統電池中有機電解質易漏易燃的問題，保證與人體緊密貼合的纖維電池織物足夠安全。然而，高分子凝膠電解質難以與纖維電極形成緊密穩定的接觸界面，導致纖維鋰離子電池儲能性能非常低。因此，實現高安全性纖維電池的關鍵在於：如何解決高分子凝膠電解質與纖維電極界面不穩定的難題。

　　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院上海硅酸鹽研究所時，注意到爬山虎可以緊密而穩定地纏繞在另一根植物藤蔓上，於是拔下來察看，在調研後發現：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構中，隨後液體中的單體發生聚合反應，將爬山虎和被纏繞的植物藤蔓粘在一起。

　　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，並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，從而與纖維電極形成緊密穩定的界面，進而實現高安全性與高儲能性能的兼得。

　　更進一步，團隊發展出基於高分子凝膠電解質纖維電池的連續化製備方法，實現了纖維電池的大規模製備。

　　如今，彭慧勝團隊正在纖維電池的應用之路上進行探索。為了更直觀地展示纖維鋰離子電池的應用潛力，團隊率先試製了一款可充電概念包，在變形、水洗、強紫外照射後仍能穩定供電。團隊還進一步製作了多功能消防服，在高溫火場的模擬環境中，電池織物在即使被磨損剪斷後仍沒有發生著火、爆炸等安全事故，並穩定地為對講機、傳感器等消防員隨身設備供電。

　　“纖維電池的應用場景擁有非常廣闊的想象空間,比如應用於軟體機器人、虛擬現實設備等，應用場景需要大家一起開拓。”彭慧勝説，下一步，期待與産業界加強合作，進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用。

　　（本報記者 顏維琦 本報通訊員 鐘沁蕊）