时间：2024-04-25 23:05:36 作者：中国学者成功研发柔性纤维电池：从爬山虎获得启示、外力破坏仍可供电 浏览量：62362
中新网上海4月25日电 (记者 陈静)柔软透气的衣服、时尚轻便的背包可以储存能量，方便地为手机、手表等随身电子器件供电……曾经存在于科幻小说中的场景，正渐渐走进现实。
记者25日获悉，中国科学院院士、复旦大学高分子科学系和纤维电子材料与器件研究院彭慧胜教授团队的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。相关研究成果发表于最新一期《自然》(Nature)主刊。研究团队方面表示，纤维电池的应用场景拥有非常广阔的想象空间，比如：应用于软体机器人、虚拟现实设备等等。
彭慧胜教授接受采访时表示，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面临着三个难题：是否可以通过设计纤维结构获得柔软的纤维锂离子电池？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？经过十多年探索研究，团队相继攻克了前两个难题。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，以实现高安全性纤维锂离子电池，成为需要攻克的“瓶颈”。
“瓶颈”的突破源于对自然的观察和思考。彭慧胜告诉记者，一次，他访问中国科学院上海硅酸盐研究所，注意到爬山虎可以紧密而稳定地缠绕在另一根植物藤蔓上，于是走上前仔细察看，这给他带来启示。回去后，他便调研爬山虎与被缠绕的植物藤蔓“如胶似漆”的秘密：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。
于是，研究团队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。
据了解，该团队基于连续化构建方法，实现了纤维电池的大规模制备。研究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，同时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，团队建立了以活性浆料涂覆、高分子隔离膜包覆、纤维螺旋缠绕、凝胶电解质复合以及高分子熔融封装为核心步骤的纤维电池中试生产线，实现每小时300瓦时的产能。据介绍，这相当于每小时生产的电池可同时为20部手机充电。同时，通过控制相关关键参数，团队实现了制备过程的高度可控，得到的纤维电池电化学性质具有良好的一致性，为进一步大规模应用提供了有力支持。
如今，团队正在纤维电池的应用之路上进行探索。他们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。据介绍，在相关工业标准的要求下，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。记者了解到，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。
从提出科学概念到实现工业化产品，彭慧胜团队致力于让科研成果走出实验室，在不懈努力下，纤维电池的初步应用正在实现。彭慧胜教授表示，下一步，团队期待与产业界加强合作，进一步提升新型纤维锂离子电池性能，降低其成本，推动纤维电池的广泛应用。(完)