青年报·青春上海记者 刘昕璐/文、图、视频 实习生 朱一丹/剪辑

你是否想象过，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，正在渐渐走进现实。记者在复旦大学直击了科研人员用一只集成了纤维锂离子电池的包包为手机充电的场景。

通过解决高分子凝胶电解质与电极界面稳定性差的难题，复旦大学彭慧胜团队走通纤维锂离子电池“最后一公里”，这一成果于北京时间4月24日23点上线国际知名期刊《自然》主刊，并有望真正应用于人机交互、智能传感等领域，提供有效的能源解决方案。

  == 瓶颈突破的灵感源自爬山虎 ==  

常见的电池都是块状的，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？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以上三个难题。

经过十多年探索研究，复旦大学彭慧胜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。

然而，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？

瓶颈的突破源于对自然的观察和思考。论文通讯作者、中国科学院院士彭慧胜一天去中国科学院上海硅酸盐研究所访问，注意到了满墙的爬山虎，正是这一场景启发了他思考。

“爬山虎可以紧密而稳定地缠绕在另一根植物藤蔓上，我拔下来察看，回去后便调研爬山虎与被缠绕的植物藤蔓紧密缠绕的原理。”彭慧胜发现，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，于是，将爬山虎和被缠绕的植物藤蔓粘在一起。

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。

  == 已建立纤维电池中试生产线 ==  

“以前的电池是块状的，现在，我们把电池做成纤维状，可以布局在任何用电设备上包括我们的日常用品。这个包，我们把电池布在了包的两侧，然后通过一些线路集成，把一块无线充电模块放在了包的底部，这样的话，手机放在包的内部，就可以直接实现对手机的无线充电。”论文共同第一作者、复旦大学高分子科学系和纤维电子材料与器件研究院博士研究生江海波带来了两只包，一只透明款，一只是常见的女士提包款，形象演示了如何点亮一只“FDU（复旦大学英语缩写）”的灯牌和为一部手机充电。

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，已经实现了纤维电池的大规模制备。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。对于典型的50cm×30cm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。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。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。

为了更直观地展示纤维锂离子电池的应用潜力，团队率先试制了一款可充电概念背包，在变形、水洗、强紫外照射后仍能稳定供电。团队还进一步制作了多功能消防服，在高温火场的模拟环境中，电池织物即使被磨损剪断后仍没有发生着火、爆炸等安全事故，并稳定地为对讲机、传感器等消防员随身设备供电。

彭慧胜院士说，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，从提出科学概念到实现工业化产品，团队致力于让科研成果走出实验室，也希望与产业界加强合作，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，共同开拓应用场景。

团队相关研究成果以《基于高分子凝胶电解质的高性能纤维电池》(“High-performance fibre battery with polymer gel electrolyte”)为题，发表于《自然》(Nature)主刊。该研究得到科技部、国家自然科学基金委、上海市科委等项目支持。

青年报·青春上海记者 刘昕璐/文、图、视频 实习生 朱一丹/剪辑

编辑:张红叶

来源:青春上海News—24小时青年报