電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）由于續(xù)航焦慮，智能手機一方面在積極推動充電效率、用電效率和電池容量的提升，同時也對移動電源應(yīng)用有著巨大的帶動作用。根據(jù)QYResearch發(fā)布的《2021-2027全球與中國移動電源市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢》，2020年全球移動電源市場規(guī)模達到了41.38億美元，預(yù)計2027年將達到60.71億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為5.40。

然而，隨著技術(shù)的進步，面向消費類應(yīng)用的移動電源，比如用于智能手機和筆記本電腦充電的移動電源，或許會逐漸突破我們所熟知的塊狀充電寶形象，進一步融入到人們的生活之中。

近日，復(fù)旦大學(xué)先進材料實驗室和高分子科學(xué)系彭慧勝教授團隊的研究成果入選2021年度“中國科學(xué)十大進展”引發(fā)行業(yè)關(guān)注。該團隊提出了一種“高性能纖維鋰電池的構(gòu)建方法”，在年初時段，相繼入選了2021年度“中國半導(dǎo)體十大研究進展”以及“中國科學(xué)十大進展”。

十年磨一劍

“中國科學(xué)十大進展”是由科技部基礎(chǔ)研究管理中心等部門組織開展，涵蓋自然科學(xué)所有領(lǐng)域的重要進展，是我國基礎(chǔ)研究傳播工作的品牌項目?！爸袊茖W(xué)十大進展”的項目推薦由數(shù)家國內(nèi)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域頭部報刊編輯部完成，評選則由兩院院士、973計劃顧問組和咨詢組專家、973計劃項目首席科學(xué)家、國家重點實驗室主任等專家學(xué)者完成，因此含金量和社會認(rèn)可度極高。

入選第17屆“中國科學(xué)十大進展”的項目還包括天問一號探測器、中國空間站天和核心艙、可編程二維62比特超導(dǎo)處理器等。因此，能夠入選彰顯了彭慧勝教授團隊研究項目的技術(shù)領(lǐng)先性。

據(jù)介紹，彭慧勝教授團隊的項目全稱為“實現(xiàn)高性能纖維鋰離子電池規(guī)?；苽洹保攸c發(fā)現(xiàn)了纖維鋰離子電池內(nèi)阻與長度之間的雙曲余切函數(shù)關(guān)系，有效解決了活性材料和纖維電極界面穩(wěn)定性難題，連續(xù)構(gòu)建出兼具高安全性和高性能的新型纖維聚合物鋰離子電池。

可穿戴電池織物示意圖，圖源：復(fù)旦大學(xué)

根據(jù)相關(guān)報道，彭慧勝教授團隊自2008年開始從事新型柔性電池系的研究，2013年率先在國際上提出并實現(xiàn)了新型纖維鋰離子電池。

能夠研發(fā)出新型纖維鋰離子電池的規(guī)模制備方法，也要歸功于彭慧勝教授團隊對導(dǎo)電纖維的深刻理解。該團隊于2009年提出聚丁二炔與取向碳納米管復(fù)合以制備新型電致變色纖維的研究思路，并一直研究至今。2021年3月，彭慧勝教授團隊的全柔性織物顯示系統(tǒng)成果登上了《自然》雜志，被審稿人評價為“創(chuàng)造了重要而有價值的新知識”。

圖源：《自然》雜志

在織物顯示方面，根據(jù)彭慧勝的介紹，該團隊通過涂覆有發(fā)光材料的導(dǎo)電紗線和透明導(dǎo)電纖維交錯組成獨特的搭接結(jié)構(gòu)，施加交流電壓后，位于發(fā)光纖維上的高分子復(fù)合發(fā)光活性層在搭接點區(qū)域被電場激發(fā)，就形成一個個發(fā)光像素點。利用工業(yè)化編織設(shè)備，實現(xiàn)了長6米、寬0.25米、含約50萬個發(fā)光點的發(fā)光織物，發(fā)光點之間最小的間距為0.8毫米。

兩項研究可謂相輔相成，助力該團隊在纖維鋰離子電池方面實現(xiàn)進一步的突破。據(jù)介紹，長度為1米的纖維聚合物鋰離子電池就可為智能手機、手環(huán)心率監(jiān)測儀等可穿戴電子設(shè)備長時間連續(xù)有效供電。而通過紡織的技術(shù)，將能夠制造出大面積的纖維聚合物鋰離子電池。

彭慧勝指出：“一件由纖維鋰離子電池織造的成人襯衣，相當(dāng)于一個移動充電寶，一次充滿可以給智能手機充電約20次?！?br />
2021年9月1日，彭慧勝教授團隊的相關(guān)研究成果以《高性能纖維鋰離子電池的規(guī)?；瘶?gòu)建》發(fā)表在了《自然》雜志的主刊上。

據(jù)報道，彭慧勝教授團隊經(jīng)過8年的持續(xù)探索后發(fā)現(xiàn)，纖維鋰離子電池的內(nèi)阻并非隨著長度一直線性增加，反而先下降后逐步趨于穩(wěn)定。這是一項重大的研究發(fā)現(xiàn)，在此之前，國際上纖維鋰離子電池長度是厘米級的，并且能量密度低，不足以構(gòu)建規(guī)模應(yīng)用。

在清晰理解纖維鋰離子電池內(nèi)阻和長度之間的獨特關(guān)系之后，彭慧勝教授團隊實現(xiàn)纖維鋰離子電池的連續(xù)化構(gòu)建，讓其能像普通毛線一樣，可以用來織成一件毛衣。

在制備方法上，涂覆方式是實現(xiàn)高效負(fù)載纖維鋰離子電池活性材料連續(xù)制備的主要方式，但并不是借助傳統(tǒng)的平面涂覆，過程中產(chǎn)生的串珠等涂覆不均勻現(xiàn)象會嚴(yán)重影響纖維電極制備的連續(xù)性和電池的電化學(xué)性能。

該團隊通過調(diào)控正負(fù)極活性材料組分和粘附力，有效解決了聚合物復(fù)合活性材料與導(dǎo)電纖維集流體的界面穩(wěn)定性難題。根據(jù)彭慧勝的描述，“過去，在實驗室做一件基于纖維鋰離子電池的襯衣，成本是一個天文數(shù)字，現(xiàn)在我們把成本降低到了幾百上千元，未來隨著規(guī)模化還將進一步降低?！?/p>

呼吁產(chǎn)業(yè)鏈合作跟進

據(jù)彭慧勝在接受采訪時表示，最開始該團隊是想打造纖維太陽能電池，不過產(chǎn)生的電能如何儲存是一個難題，因此該團隊才開始研發(fā)纖維鋰離子電池。

在使用問題上，纖維鋰離子電池要面對的第一個問題是安全問題，畢竟充放電是化學(xué)反應(yīng)，過往移動充電寶就經(jīng)常發(fā)生意外。彭慧勝針對這個問題說到，該團隊的成果非常安全，并且對敏感肌膚很友好。

第二個問題是耐用度的問題，織物必然要面對洗滌和揉搓的問題，根據(jù)復(fù)旦大學(xué)在介紹這個項目時的官方解讀，彭慧勝教授團隊的纖維鋰離子電池在重復(fù)水洗、擠壓等嚴(yán)苛環(huán)境下也可以保持較為穩(wěn)定的電化學(xué)性能，而當(dāng)彎折次數(shù)超過10萬次之后，容量保持率仍大于80%。

第三個是容量問題，據(jù)悉，利用這種高性能纖維鋰離子電池制作一件成人襯衣，充滿電之后可以為手機充電約20次。

根據(jù)《高性能纖維鋰離子電池的規(guī)?；瘶?gòu)建》論文共同第一作者、復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系博士生何紀(jì)卿表示，“如果將電池織物和無線充電發(fā)射裝置集成，可安全、穩(wěn)定地為智能手機進行無線充電?！?br />
因此可以說，彭慧勝教授團隊已經(jīng)解決了纖維鋰離子電池的性能、安全和連續(xù)制備等問題，而要實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，需要從上游材料到下游應(yīng)用方案商的協(xié)作跟進，將纖維鋰離子電池帶入到移動充電、可穿戴設(shè)備等場景中。

在彭慧勝看來，目前的產(chǎn)業(yè)進展，相較于纖維鋰離子電池可預(yù)見的市場前景而言，進展太慢了。

歐美進展也很迅速

彭慧勝之所以如此急切，原因之一是在纖維鋰離子電池領(lǐng)域，該團隊雖然取得了很多重大行業(yè)突破，但依然有競爭對手。

比如，2021年12月20日，美國麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出世界上最長的柔性纖維電池，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《今日材料》上。

同時，歐盟對電子織物也非常重視，并預(yù)期未來10年會有2萬億歐元的市場。但巨大的蛋糕如何切分，現(xiàn)在還是未知數(shù)。