侨智汇 | 《自然》主刊：上海侨界专家团队走通纤维锂离子电池“最后一公里”

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。

“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。“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。