复旦大学高分子系教授彭慧胜 有望为人机交互、智能传感等领域提供有效的能源解决方案

　　当复旦大学高分子系教授彭慧胜看到满墙的爬山虎时，他不禁思考:为什么爬山虎与被缠绕的植物藤蔓看起来像胶水一样紧密连接在一起呢?

　　他仔细检查并带回了实验室进行研究。原来，爬山虎会分泌一种具有良好浸润性的液体，该液体可以渗透到两者接触表面的孔道结构中。随后，液体发生聚合反应，将爬山虎和植物藤蔓紧紧地粘在一起。

　　这为彭慧胜研究团队一直思考的难题带来了启示。

　　研究团队在具有知识产权的柔性纤维锂离子电池的基础上进行了创新，他们设计了一种具有孔道结构的纤维电极，使得高分子凝胶电解质与电极紧密相连，实现了高安全性和高储能性的柔性纤维锂离子电池的规模制备。这种新型电池结构使得电池具有更高的稳定性和可靠性，可以在需要长时间使用和高容量的应用中发挥重要的作用。

　　这意味着，一件柔软透气的衣服、一个时尚轻便的背包，就可方便地为手机、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。

　　4月24日深夜，相关研究论文发表于国际学术期刊《自然》主刊上。该研究在国际上率先走通了柔性纤维锂离子电池研发的“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。

　　这是一场历时16年的“长途跋涉”。

　　传统的块状电池由于是刚性结构，应用场景受到限制。2008年，任教复旦大学之初，彭慧胜提出要做纤维锂离子电池。当时大多数同行在研发薄膜电池，查不到任何有关纤维电池的文献。“没有文献报道过的研究更有原创性，也更值得去做。”彭慧胜说。

　　经过5年研究，2013年，彭慧胜团队率先在国际上研制出纤维锂离子电池。当时业界普遍认为，纤维锂离子电池的内阻会随长度增加而显著增大，无法制造高性能纤维电池，更别说大规模应用了。

　　他们依然不被看好。

　　又经过8年的探索，他们发现纤维锂离子电池的内阻并没有随长度的增加而增大，反而是先下降然后逐步趋于稳定。这突破了人们的传统认知。

　　在此基础上，研究团队建立了世界上首条柔性纤维锂离子电池的生产线。这一成果被誉为“储能和可穿戴技术领域的里程碑”。

　　有了“从0到1”的原创发现，如何变成现实的生产力?

　　当时，美国专门成立“革命性纤维与纺织研究院”，并将其列为国家级创新方向;欧盟的一份战略报告则预估，电子织物未来10年会有2万亿欧元的市场。

　　由于纤维锂离子电池织物需穿戴在身上，对安全性要求极高，此前电池中使用易漏易燃的有机电解质，存在安全隐患，只有使用高分子凝胶电解质才能保证高安全性。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，导致电池的储能性能非常低。

　　如今，正是受爬山虎的启发，彭慧胜团队实现了纤维锂离子电池高安全性与高储能性的兼而有之。

　　研究团队自主设计关键设备，建立了纤维锂离子电池中试生产线，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。”论文共同第一作者之一、博士后路晨昊说。

　　他们实现了数千米纤维锂离子电池的制备，其能量密度达到128瓦时/千克，可为无人机等大功率设备供电;在经历10万次弯折变形后，其容量保持率依然大于96%。

　　一块看似普通的印染蓝布，可以点亮灯牌;一个看似平常的背包，手机放进去可无线充电。这是因为其中集成了纤维锂离子电池。

　　“按照工业标准，我们研制的纤维锂离子电池织物经受100次水洗和10000次摩擦后，性能保持稳定。”论文共同第一作者之一、博士研究生江海波说，他们制作的多功能消防服，在高温火场模拟环境中，即使被磨损剪断还能稳定地为对讲机、传感器等消防员随身设备供电。

　　由于纤维锂离子电池织物在高低温、真空环境以及外力破坏下仍可以安全稳定地供电，除了消防救灾，还有望应用于极地科考、航空航天等领域。

　　程翔然，作为论文的共同第一作者之一，表示纤维锂离子电池的应用场景非常广泛，例如仿生手、软体机器人、虚拟现实设备等。

　　彭慧胜现在最关注的问题是如何将产品转化为商品。

　　纤维锂离子电池的物料成本目前约为0.5元/米，未来量产后还有可能进一步降低。目前，做成电池电芯的直径已经达到了500微米，未来还可以继续做得更细。然而，要想实现纤维锂离子电池的规模应用，还需要在降低成本方面加强合作，并寻求产业界的支持。彭慧胜先生呼吁，与产业界应该加强合作，共同研究如何进一步降低纤维锂离子电池的成本，并早日实现其规模应用。只有这样，才能让这种新型电池技术得到更广泛的应用，并为能源行业带来更大的变革。