記者 黃海華

  當滿墻的爬山虎映入復旦大學高分子系教授彭慧勝眼中，他若有所思：爬山虎為何與被纏繞的植物藤蔓“如膠似漆”？

  他拔下來仔細察看，并帶回實驗室探究。原來，爬山虎會分泌一種具有良好浸潤性的液體，該液體滲透到兩者接觸表面的孔道結構中，隨后液體發(fā)生聚合反應，將爬山虎和植物藤蔓緊緊地粘在一起。

  這給彭慧勝一直在思考的研究難題帶來了靈感。

  在擁有知識產權的柔性纖維鋰離子電池基礎上，研究團隊通過設計具有孔道結構的纖維電極，讓高分子凝膠電解質與電極“如膠似漆”，從而實現(xiàn)了高安全性、高儲能性的柔性纖維鋰離子電池規(guī)模制備。

  這意味著，一件柔軟透氣的衣服、一個時尚輕便的背包，就可方便地為手機、手表等隨身電子器件供電。曾經存在于科幻小說中的場景，正在漸漸走進現(xiàn)實。

  4月24日深夜，相關研究論文發(fā)表于國際學術期刊《自然》主刊上。該研究在國際上率先走通了柔性纖維鋰離子電池研發(fā)的“最后一公里”，有望為人機交互、健康檢測、智能傳感等領域提供有效的能源解決方案。

  可穿戴技術里程碑

  這是一場歷時16年的“長途跋涉”。

  傳統(tǒng)的塊狀電池由于是剛性結構，應用場景受到限制。2008年，任教復旦大學之初，彭慧勝提出要做纖維鋰離子電池。當時大多數同行在研發(fā)薄膜電池，查不到任何有關纖維電池的文獻。“沒有文獻報道過的研究更有原創(chuàng)性，也更值得去做。”彭慧勝說。

  經過5年研究，2013年，彭慧勝團隊率先在國際上研制出纖維鋰離子電池。當時業(yè)界普遍認為，纖維鋰離子電池的內阻會隨長度增加而顯著增大，無法制造高性能纖維電池，更別說大規(guī)模應用了。

  他們依然不被看好。

  又經過8年的探索，他們發(fā)現(xiàn)纖維鋰離子電池的內阻并沒有隨長度的增加而增大，反而是先下降然后逐步趨于穩(wěn)定。這突破了人們的傳統(tǒng)認知。

  在此基礎上，研究團隊建立了世界上首條柔性纖維鋰離子電池的生產線。這一成果被譽為“儲能和可穿戴技術領域的里程碑”。

  高安全性 高儲能性

  有了“從0到1”的原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，如何變成現(xiàn)實的生產力？

  當時，美國專門成立“革命性纖維與紡織研究院”，并將其列為國家級創(chuàng)新方向；歐盟的一份戰(zhàn)略報告則預估，電子織物未來10年會有2萬億歐元的市場。

  由于纖維鋰離子電池織物需穿戴在身上，對安全性要求極高，此前電池中使用易漏易燃的有機電解質，存在安全隱患，只有使用高分子凝膠電解質才能保證高安全性。然而，高分子凝膠電解質難以與纖維電極形成緊密穩(wěn)定的接觸界面，導致電池的儲能性能非常低。

  如今，正是受爬山虎的啟發(fā)，彭慧勝團隊實現(xiàn)了纖維鋰離子電池高安全性與高儲能性的兼而有之。

  研究團隊自主設計關鍵設備，建立了纖維鋰離子電池中試生產線，實現(xiàn)每小時300瓦時的產能，“相當于每小時生產的電池可同時為20部手機充電。”論文共同第一作者之一、博士后路晨昊說。

  他們實現(xiàn)了數千米纖維鋰離子電池的制備，其能量密度達到128瓦時/千克，可為無人機等大功率設備供電；在經歷10萬次彎折變形后，其容量保持率依然大于96%。

  應用場景十分廣闊

  一塊看似普通的印染藍布，可以點亮燈牌；一個看似平常的背包，手機放進去可無線充電。這是因為其中集成了纖維鋰離子電池。

  “按照工業(yè)標準，我們研制的纖維鋰離子電池織物經受100次水洗和10000次摩擦后，性能保持穩(wěn)定。”論文共同第一作者之一、博士研究生江海波說，他們制作的多功能消防服，在高溫火場模擬環(huán)境中，即使被磨損剪斷還能穩(wěn)定地為對講機、傳感器等消防員隨身設備供電。

  由于纖維鋰離子電池織物在高低溫、真空環(huán)境以及外力破壞下仍可以安全穩(wěn)定地供電，除了消防救災，還有望應用于極地科考、航空航天等領域。

  “纖維鋰離子電池的應用場景十分廣闊，比如仿生手、軟體機器人、虛擬現(xiàn)實設備等。”論文共同第一作者之一、博士研究生程翔然說。

  有了產品，如何將其做成商品？這是彭慧勝眼下思考最多的問題。

  “目前纖維鋰離子電池的物料成本是0.5元/米左右，未來量產后還能更低。目前做成電池電芯的直徑是500微米，還可能做得更細。”彭慧勝呼吁與產業(yè)界加強合作，進一步降低成本，早日實現(xiàn)纖維鋰離子電池的規(guī)模應用。