復旦的新衣再登Nature！穿在身上能為手機充電，可水洗可彎折，刀戳車攆都不壞_風聞

　　楊淨 魚羊 發自 凹非寺

　　量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

　　今天，一件來自中國的衣服登上了Nature。

　　沒看出有什麼特別？別眨眼，下一秒神奇的事情就發生了（注意那個手機）。

　　沒錯，這件衣服正在給手機無！線！充！電！

　　不是把充電寶縫進了衣服裏，而是這件可以正常摺疊、水洗的衣服，本身就是一塊電池！

　　這項最新研究來自復旦大學彭慧勝教授團隊，也是該團隊半年內第二次在Nature發文。

　　上一篇Nature裏，他們把衣服做成了顯示器，能打字聊天、能導航，還能顯示人體健康信息。

　　這一回，好傢伙，直接一個雙劍合璧，把電源供應問題也給解決了

　　。

　　是不是有點科幻大片內味兒了？

　　****△《時間規劃局》

　　正經一説，這項研究也得到了Nature審稿人的高度評價：

　　（這項工作是）儲能領域和可穿戴技術領域里程碑式的研究。

　　是柔性電子領域的一個里程碑。

　　你的下一個充電寶可能是衣服

　　所以，這件衣服究竟有何玄機？

　　關鍵詞是纖維鋰離子電池（FLIB）。

　　****△就是它

　　別小看這麼一條“線”，在此前的研究中，這條“線”的長度通常只能達到幾釐米，很難為手機、電腦這樣較大的電子設備供電。

　　而這一次，彭慧勝團隊成功基於理論驗證，製備出了數米長的高性能長纖維鋰離子電池：長度1米的情況下，其能量密度達到85.69Wh/kg，可為心率監測儀和血氧儀等商用可穿戴設備提供使用超過2天的電量。

　　將其同普通紡織物織到一起，手機平板都能充。

　　摺疊、水洗都沒啥影響。

　　安全性也有保證。遭受外力破壞的情況下，普通電池很容易發生燃燒、爆炸。但實驗顯示，織物電池在被車攆、被刀戳的情況下，依然能保持穩定。

　　研究團隊還監測了電池放電時衣物温度的變化情況。結果顯示，在放電的40分鐘內，温度並沒有發生明顯波動。

　　此外，這一衣服電池在500次充放電循環之後，容量保持率能達到90.5%，庫侖效率為99.8%。在曲率半徑為1釐米的情況下，彎折10萬次之後，其容量保持率仍大於80%。

　　每米成本低於3角

　　前文也提到，此前，工業級別上很難生產長度超過幾釐米的纖維鋰離子電池。其中很重要的一個原因是，較長的纖維被認為會有較高的內阻，而電池的內阻對其電化學性能具有重要影響。

　　所以復旦彭慧勝團隊具體是如何實現突破的？

　　有兩個方面。

　　首先他們發現，纖維內阻與長度呈現的是雙曲餘切函數關係。

　　換句話説，就是纖維內阻先隨着長度的增加而降低，之後趨於平緩。

　　那麼這兩者之間的關係究竟是如何發現的呢？

　　手工自制鋰電池。

　　電池正極為鋁線，塗層為鈷酸鋰LCO，典型鋰電池正極活性材料；負極為有石墨塗層的銅線，並用商業隔離膜包裹以防止短路。

　　將正負極纏繞在一起，製備成不同長度的纖維鋰電池（0.1米、0.2米、0.5 米和1米），並測量他們的電化學性能。

　　最終經過系統性研究表明，這一關係具有普遍性，對不同的纖維電池均有效。

　　理論基礎可行，那就到了第二階段——工業化製備，生產長達數米的高性能纖維電池。

　　最大的難點，是如何均勻地將漿液均勻塗在正負電極上。

　　目前大部分商業化電池就不存在這樣的問題，在平面基材上塗抹更加均勻，厚度也容易控制。然而對於柔性、彎曲的纖維表面就很有難度。

　　這是因為，在塗層負載過程中，曲面結構使得活性材料承受較大的表面張力，從而導致活性材料塗層不均勻，影響整個電池的性能和穩定性。

　　論文一作何紀卿接受澎湃採訪時表示，這會導致曲面產生不平整的串珠結構。

　　而團隊找到了最佳粘合劑含量，在這個含量下電極表面變得光滑。

　　那麼具體是如何製備的呢？

　　鈷酸鋰LCO（紅色）和石墨（藍色）漿液分別塗在鋁和銅的集流體上。

　　乾燥後，負極再用分離劑包裹，與正極纏繞在一起。嗯，大概是這種密不可分的程度。

　　隨後，通過擠壓封裝在一個管道中，這個封裝管由聚丙烯管包裹鋁塑帶製成，水蒸氣透過率低，不易受到外界環境影響。

　　技術含量這麼高，價格又如何？

　　論文介紹：每米成本略低於0.05美元（約合0.3元人民幣），對於消費產品來説是經濟的。

　　半年兩登Nature的彭慧勝團隊

　　最後再來簡單介紹下背後的團隊——

　　復旦大學高分子科學系彭慧勝團隊，研究柔性電子材料已經超過十年。

　　而在今年半年時間，他們就兩度得到國際頂刊認可。

　　今年3月，他們打造的衣物顯示器登上Nature。

　　能聊天能導航，水洗彎折都不怕，紡織布料最長可達6米，其中包含50萬個發光單元，間距最小可達到0.8毫米，可以滿足高分辨率顯示的要求。

　　而現在，他們以可充電衣物再登Nature。

　　共同一作是他的兩位高分子科學系博士生何紀卿和路晨昊。

　　2008年彭慧勝剛回復旦，當時就已經想到“如果把鋰離子電池做成纖維，一定很好玩。”

　　2013年，彭慧勝團隊實現世界第一個纖維鋰離子電池，之後不斷進行拓展。

　　如今距離規模化生產又前進了一步，甚至有了更加明晰的實用價值。

　　彭慧勝表示：

　　從目前纖維鋰離子電池的性能和工程化水平判斷，有望在3-5年實現規模化生產與應用。如果資源比較集中和高效利用，也有可能2-3年就能實現。

　　沒準兒過不了多久，你的下一個充電寶，就是一件衣服。（手動狗頭）

　　論文地址：

　　https://www.nature.com/articles/s41586-021-03772-0

　　參考鏈接：

　　https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_14313938