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出門不需帶充電器和移動電源，通過身上的衣服，就可對手機(jī)進(jìn)行無線充電。這一人們想象中的場景正在逐步成為現(xiàn)實。

近日，《自然》主刊發(fā)表了復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭慧勝教授團(tuán)隊的一項研究。該研究系統(tǒng)揭示了纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度的變化規(guī)律，有效解決了活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構(gòu)建出兼具良好安全性和綜合電化學(xué)性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。

根據(jù)此項研究成果，長度為1米的纖維聚合物鋰離子電池，可以為智能手機(jī)、手環(huán)、心率監(jiān)測儀等可穿戴電子設(shè)備長時間連續(xù)有效供電。同時，該電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500圈后，電池容量保持率仍然達(dá)到90.5%；在曲率半徑為1厘米情況下，把該電池彎折10萬次后，其容量保持率仍大于80%。


以鋰離子電池為代表的儲能器件，被稱作現(xiàn)代電子設(shè)備的“心臟”。彭慧勝團(tuán)隊在2013年提出并實現(xiàn)新型纖維鋰離子電池，為智能電子織物等可穿戴設(shè)備能源供給提供了新路徑。然而，纖維鋰離子電池研究多年來面臨一項關(guān)鍵挑戰(zhàn)，即面向塊狀鋰離子電池的成熟生產(chǎn)體系難以適用于纖維鋰離子電池，而國際上纖維鋰電池的連續(xù)化制備研究幾乎是空白，迄今為止報道的纖維鋰離子電池長度均在厘米尺度。

“纖維鋰離子電池如同毛線，要織成一件可以充電的毛衣，就必須保證有足夠長的毛線。”彭慧勝團(tuán)隊成員發(fā)現(xiàn)，要實現(xiàn)纖維鋰離子電池的連續(xù)化構(gòu)建，就要從源頭上厘清纖維電池內(nèi)阻和長度的關(guān)系規(guī)律。通過廣泛嘗試不同電學(xué)特性的纖維集流體材料，他們最終揭示出纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度增加先減小后逐步趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，為纖維鋰離子電池的連續(xù)構(gòu)建提供了有力理論支撐。

在此基礎(chǔ)上，還要實現(xiàn)高效負(fù)載纖維鋰離子電池活性材料的高效連續(xù)制備。“經(jīng)典的方法是平面涂覆，但在纖維表面進(jìn)行涂覆很容易產(chǎn)生不平整的串珠結(jié)構(gòu)，對電池性能和穩(wěn)定性都非常不利。”團(tuán)隊成員、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系博士生何紀(jì)卿說。

為此，團(tuán)隊發(fā)展出新方法，通過調(diào)控正負(fù)極活性材料組分和粘附力，有效解決了聚合物復(fù)合活性材料與導(dǎo)電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題，得到了高負(fù)載量、涂覆均勻和容量高度匹配的正、負(fù)極纖維電極材料。隨后，團(tuán)隊相繼開展了電池連續(xù)組裝和封裝等方法學(xué)研究，最終實現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化穩(wěn)定制備。


據(jù)介紹，團(tuán)隊通過紡織方法，已獲得高性能大面積電池織物。將電池織物和無線充電發(fā)射裝置集成，可安全、穩(wěn)定地為智能手機(jī)進(jìn)行無線充電。

“纖維鋰聚合物離子電池已顯示出廣闊應(yīng)用前景，但與生活中常用的平面電池的能量密度相比，這一電池還有較大提升空間。此外，還需要更先進(jìn)的編織技術(shù)，將電池高效地編織到各種衣物中，使人們穿著更加舒適、美觀。”彭慧勝說。 

原標(biāo)題：把電池“穿”在身上 中國科學(xué)家實現(xiàn)纖維鋰離子電池新突破