出门不须要带充电器和充电宝，经由过程身上穿的衣服，就可以敌手机进行无线充电。如许的场景正在慢慢成为实际。
这是复旦大年夜学高分子科学系彭慧胜团队的研究偏向之一。
近日，团队经由过程体系揭示纤维锂离子电池内阻随长度的变更规律，有效解决了聚合物复合活性材料和纤维电极界面稳定性难题，持续构建出新型纤维聚合物锂离子电池，这一电池兼具优胜安然性和综合电化学机能。
研究示意图 复旦大年夜学供图
9月1日，相干研究成果以《高机能纤维锂离子电池的范围化构建》（“Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”）为题，揭橥于《天然》（Nature）主刊。审稿人评价这项工作是“储能范畴和可穿戴技巧范畴的里程碑研究”（“landmark research not only in energy storage but also in wearable technology”）和“柔性电子范畴的一个里程碑”（“a milestone towards the prevalence of flexible electronics”）。该研究获得科技部、国度天然科学基金委、上海市科委等项目支撑。
纤维锂离子电池如毛线，包管长度是挑衅
作为现代电子设备的“心脏”，以锂离子电池为代表的储能器件是人们生活弗成或缺的构成部分。彭慧胜团队从2008年开端研究新型柔性电池体系，在2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池，为有效知足智能电子织物等可穿戴设备能源供给需求供给了新路径。
经由比来几年国际学术界的合营尽力，纤维锂离子电池研究取得了系列积极进展，但一些重大年夜难题限制了其实际应用。
其关键挑衅在于，面向块状锂离子电池的成熟临盆体系很难实用于纤维锂离子电池，而国际上纤维锂电池的持续化制备研究几乎是空白。迄今为止，报道的纤维锂离子电池长度往往在厘米标准，并且基于整体质量的能量密度也比较低。
研究示意图 复旦大年夜学供图
“纤维锂离子电池就如同毛线，要织成一件可以充电的毛衣，必须包管有足够长的毛线。”这篇论文的合营第一作者、复旦大年夜学高分子科学系博士生何纪卿和路晨昊如许表示。
在经久研究过程中，团队逐渐意识到，要实现纤维锂离子电池的持续化构建，起首须要解决的一个重要问题，若何从泉源上厘清纤维电池内阻和长度的关系规律。
团队成员冲破以往的研究思路，经由过程大年夜量的预实验筛选，广泛测验测验了不合电学特点的纤维集流体材料，最终发明并揭示出纤维锂离子电池的变更规律——内阻随长度增长先减小后慢慢趋于稳定，并且应用纤维集流体的导电率越高，越能有效降低纤维锂离子电池的内阻，从而有利于晋升持续长纤维电池的电化学机能。上述关系规律获得了体系的实验验证，为纤维锂离子电池的持续构建供给了有力的理论支撑和根据。
要实现高效负载纤维锂离子电池活性材料的高效持续制备，必须有效解决活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题。
“在纤维外面进行涂覆时很轻易产生串珠等涂覆不平均的现象，就像糖葫芦一样，严重影响了纤维电极制备的持续性和电池的电化学机能。”何纪卿解释道，经典的平面涂覆办法很难实用于高曲率的纤维。
为此，团队成长出了高效负载纤维锂离子电池活性材料的持续化办法，经由过程调控正负极活性材料组分和粘附力，有效解决了聚合物复合活性材料与导电纤维集流体的界面稳定性难题，并自立设计和建立了面向纤维锂离子电池持续构建的标准化妆置，实现了活性材料在千米级滑腻纤维外面的高效负载和精准控制，获获得了高负载量、涂覆平均和容量高度匹配的正、负极纤维电极材料。
团队进一步将正极纤维和包覆高分子隔阂的负极纤维进行环绕纠缠组装，并进行有效的封装和电解液注入，最终实现了高机能纤维聚合物锂离子电池的持续化制备。所制得的纤维电池容量随长度线性增长，显示该构建路线具有优胜的靠得住性。
“穿”在身上的电池，应用前景广阔
本年3月，复旦大年夜学彭慧胜/陈培宁团队论文《大年夜面积显示织物及其功能集成体系》（“large-area display textiles integrated with functional systems”）揭橥于《天然》（Nature）主刊，他们自立研发的全柔性织物显示体系，可紧贴人体不规矩轮廓，像通俗织物一样轻薄透气，确保优胜的穿戴舒适度。
谈起这一成果，彭慧胜表示：“前者是用电，如今这个研究是供电，二者完全不合但又慎密相干。”
该纤维锂聚合物离子电池表示出了优胜的综合机能，显示了广阔的应用前景。
基于包含封装材料在内的全电池重量，其能量密度跨越85Wh/kg，长度为1米的电池可认为智妙手机、手环、心率监测仪、血氧仪等可穿戴电子设备长时光持续有效供电；纤维锂离子电池还具有优胜的轮回稳定性，轮回500圈后，电池的容量保持率仍然达到90.5%，库伦效力为99.8%；在曲率半径为1厘米的情况下，将纤维锂离子电池弯折10万次后，其容量保持率仍大年夜于80%；甚至在反复水洗、挤压等严苛情况下也可以保持较为稳定的电化学机能。
进一步经由过程纺织办法，团队已经获得了高机能的大年夜面积电池织物。“假如将电池织物和无线充电发射装配集成，可安然、稳定地为智妙手机进行无线充电。”何纪卿说。
从新现象到新规律，到持续构建关键技巧的冲破，到几乎所有核心设备的自立研发，再到工程化持续制备路线的赓续进步……经由过程十多年持续深刻研究，团队已经把纤维电池从实验室样品成长到了产品模型，特别是实现了高安然性纤维聚合物锂离子电池的持续化构建，并致力于推动纤维电池和织物体系的范围化应用研究。
“可穿戴纤维锂离子电池的很多功能已经实现，但对于真正的推广普及来说，依然任重道远。”彭慧胜说。
从电池本身来说，今朝纤维聚合物锂离子电池与生活中常用的平面电池的能量密度比拟，还有较大年夜的晋升空间；也须要成长面向纤维聚合物锂离子电池构建、机能评估和应用的行业标准或规范，推动其工程转化和市场化应用；此外，在很多应用方面如可穿戴范畴，还须要加倍先辈的编织技巧，将纤维锂离子电池高效地编织到各类衣物中，使穿戴更舒适、更美不雅。
彭慧胜表示，等待锂离子电池范畴家当界的合作者参加，合营摸索解决新型电池体系在临盆和实际应用中面对的各类问题。
