复旦科研团队研发“穿”在身上的电池

新民晚报“上海时刻”出品

　　出门不需要带充电器和充电宝，通过身上穿的衣服，就可以对手机进行无线充电。听起来像科幻片的场景，正在逐步成为现实。

　　这是复旦大学高分子科学系彭慧胜团队的研究方向之一。复旦今天发布消息：团队通过系统揭示纤维锂离子电池内阻随长度的变化规律，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，连续构建出兼具良好安全性和综合电化学性能的新型纤维聚合物锂离子电池。

图说：通过身上穿的衣服，就可以对手机进行无线充电 采访对象供图

　　这项成果是“储能领域和可穿戴技术领域的里程碑研究”和“柔性电子领域的一个里程碑”。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。

　　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现代电子工业和人们生活不可或缺的组成部分。但是，锂电池未必是一块固体，也可以是柔软的织物。彭慧胜团队从2008年开始研究新型柔性电池系统，在2013年提出并实现了新型纤维锂离子电池，为有效满足智能电子织物等可穿戴设备能源供给需求提供了新路径。

　　近年来，纤维锂离子电池研究取得了系列积极进展，但是，离衣服作为电源，仍然面临一些重大难题。其关键挑战在于，面向块状锂离子电池的成熟生产体系很难适用于纤维锂离子电池，而国际上纤维锂电池的连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尺度，并且基于整体质量的能量密度也比较低。研究团队成员透露：“纤维锂离子电池就如同毛线，要织成一件可以充电的毛衣，必须保证有足够长的毛线。”

　　团队成员突破以往的研究思路，通过大量的预实验筛选，广泛尝试了不同电学特性的纤维集流体材料，最终发现并揭示出纤维锂离子电池内阻随长度增加先减小后逐步趋于稳定的变化规律。并且使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，从而有利于提升连续长纤维电池的电化学性能。上述关系规律得到了系统的实验验证，为纤维锂离子电池的连续构建提供了有力的理论支撑和依据。

　　谈起这一成果，彭慧胜表示：“我们现在的这个研究是供电，用衣服供电。”

　　该纤维锂聚合物离子电池表现出了良好的综合性能，显示了广阔的应用前景。基于包括封装材料在内的全电池重量，其能量密度超过85Wh/kg，长度为1米的电池可以为智能手机、手环、心率监测仪、血氧仪等可穿戴电子设备长时间连续有效供电；纤维锂离子电池还具有良好的循环稳定性。团队表示：“如果将电池织物和无线充电发射装置集成，可安全、稳定地为智能手机进行无线充电。”

　　通过十多年持续不断的深入研究，复旦这支团队已经把纤维电池从实验室样品发展到了产品模型。不过，“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，目前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相比，还有较大的提升空间；此外，在很多应用方面如可穿戴领域，还需要更加先进的编织技术，将纤维锂离子电池高效地编织到各种衣物中，使穿着更舒适、更美观。

　　彭慧胜表示，期待锂离子电池领域产业界的合作者加入，共同探索解决新型电池体系在生产和实际应用中面临的各种问题。

　　新民晚报记者 张炯强