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一个看似普通的背包，能够实现为手机充满电，不仅如此，历经弯折、水洗、强紫外照射后它仍能稳定供电。复旦大学彭慧胜团队的研究，让曾经存在于科幻小说中的场景，成为现实。近日，复旦大学彭慧胜团队在高性能纤维电池以及电池织物的研究中取得新突破，通过设计具有孔道结构的纤维电极，实现电极与高分子凝胶电解质的有效复合，解决了高分子凝胶电解质与电极界面稳定性差的难题；发展出基于高分子凝胶电解质的纤维电池的连续化构建方法，实现了高安全性、高储能性能纤维电池的规模制备，建立了纤维电池织物的应用示范。

4月24日，相关研究成果发表于《自然》主刊。该研究成功走通了柔性纤维电池研发的"最后一公里"，有望为人机交互、健康检测、智能传感等领域提供有效的能源解决方案。这也是该团队围绕纤维锂离子电池的第三个重要突破。

一株爬山虎，破解研究瓶颈

作为能源领域的一个全新研究方向，纤维锂离子电池在发展过程中主要面临三大难题。例如，是否可以通过设计纤维结构获得柔软的锂离子电池？是否能制备高能量密度的纤维锂离子电池？是否能实现高安全性纤维锂离子电池？历经十多年探索研究，团队相继攻克了前两个难题。"由于纤维电池织物和人体紧密贴合，对安全性要求极高，而此前电池中主要使用易漏易燃的有机电解质，无法满足应用要求，使用高安全性的高分子凝胶电解质是有效的解决方法。"彭慧胜解释，高分子凝胶电解质难以与纤维电极形成紧密稳定的接触界面，导致纤维锂离子电池储能性能非常低。因此，实现高安全性纤维电池的关键在于：如何解决高分子凝胶电解质与纤维电极界面不稳定的难题。

棘手难题，因一株爬山虎得以解决。原来，某次彭慧胜在访问中国科学院上海硅酸盐研究所时发现，爬山虎与植物藤蔓紧紧缠绕。"其原理在于爬山虎能分泌出一种具有良好浸润性的液体，该液体渗透到两者接触表面的孔道结构中，随后液体中的单体发生聚合反应，便将爬山虎和被缠绕的植物藤蔓粘在一起。"彭慧胜介绍，受到爬山虎的启发，团队设计了具有多层次网络孔道和取向孔道的纤维电极，并设计单体溶液使之渗入到纤维电极的孔道结构中，单体发生聚合反应后生成高分子凝胶电解质，从而与纤维电极形成紧密稳定的界面，进而实现了高安全性与高储能性能的兼得。

不仅如此，团队发展出基于高分子凝胶电解质纤维电池的连续化制备方法，实现了纤维电池的大规模制备。目前，团队实现了数千米长度纤维锂离子电池的制备，其能量密度达到128瓦时/公斤，实现5C大电流供电，可有效为无人机等大功率用电器供电。该电池具有优异的耐变形能力，在经历100000次弯折变形后容量保持率大于96%。通过自主设计关键设备，团队建立了纤维电池中试生产线，实现每小时300瓦时的产能，相当于每小时生产的电池可同时为20部手机充电。此外，团队还实现了制备过程的高度可控，为进一步大规模应用提供了有力支持。

有望应用于消防救灾等重要领域

"纤维电池的应用场景拥有非常广阔的想象空间。"彭慧胜举例，团队使用工业编织方法制备了大面积纤维电池织物，并系统研究了织物的安全性。50厘米×30厘米大小的电池织物，容量可达到2975毫安时，与常用手机电池相当，可满足多种设备的用电需求。电池织物在经受大电流充放电、过压充电和欠压放电、高温存储后没有发生泄漏、着火等安全事故，显示出良好的安全性和稳定性。电池织物在高低温、真空环境中及外力破坏下仍可以安全稳定地为用电器供电，有望应用于消防救灾、极地科考、航空航天等重要领域。

目前团队已利用高性能电池织物制作了多功能消防服。有望应用于消防救灾、极地科考、航空航天等重要领域。"纤维电池还可以应用于软体机器人、虚拟现实设备等等，更多应用场景需要大家一起开拓。"彭慧胜说。

　　作者：吴金娇

文：吴金娇 图：袁婧/摄 受访方供图 编辑：储舒婷 责任编辑：姜澎

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