今天，一件來自中國(guó)的衣服登上了 Nature。
沒看出有什么特別？別眨眼，下一秒神奇的事情就發(fā)生了（注意那個(gè)手機(jī)）。
沒錯(cuò)，這件衣服正在給手機(jī)無！線！充！電！
不是把充電寶縫進(jìn)了衣服里，而是這件可以正常折疊、水洗的衣服，本身就是一塊電池。
這項(xiàng)最新研究來自復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授團(tuán)隊(duì)，也是該團(tuán)隊(duì)半年內(nèi)第二次在 Nature 發(fā)文。
上一篇 Nature 里，他們把衣服做成了顯示器，能打字聊天、能導(dǎo)航，還能顯示人體健康信息。
這一回，好家伙，直接一個(gè)雙劍合璧，把電源供應(yīng)問題也給解決了。
是不是有點(diǎn)科幻大片內(nèi)味兒了？
▲ 《時(shí)間規(guī)劃局》
正經(jīng)一說，這項(xiàng)研究也得到了 Nature 審稿人的高度評(píng)價(jià)：
（這項(xiàng)工作是）儲(chǔ)能領(lǐng)域和可穿戴技術(shù)領(lǐng)域里程碑式的研究。
是柔性電子領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。
你的下一個(gè)充電寶可能是衣服
所以，這件衣服究竟有何玄機(jī)？
關(guān)鍵詞是纖維鋰離子電池（FLIB）。
▲ 就是它
別小看這么一條“線”，在此前的研究中，這條“線”的長(zhǎng)度通常只能達(dá)到幾厘米，很難為手機(jī)、電腦這樣較大的電子設(shè)備供電。
而這一次，彭慧勝團(tuán)隊(duì)成功基于理論驗(yàn)證，制備出了數(shù)米長(zhǎng)的高性能長(zhǎng)纖維鋰離子電池：長(zhǎng)度 1 米的情況下，其能量密度達(dá)到 85.69Wh/kg，可為心率監(jiān)測(cè)儀和血氧儀等商用可穿戴設(shè)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(jī)平板都能充。
折疊、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(fā)生燃燒、爆炸。但實(shí)驗(yàn)顯示，織物電池在被車碾、被刀戳的情況下，依然能保持穩(wěn)定。
研究團(tuán)隊(duì)還監(jiān)測(cè)了電池放電時(shí)衣物溫度的變化情況。結(jié)果顯示，在放電的 40 分鐘內(nèi)，溫度并沒有發(fā)生明顯波動(dòng)。
此外，這一衣服電池在 500 次充放電循環(huán)之后，容量保持率能達(dá)到 90.5%，庫(kù)侖效率為 99.8%。在曲率半徑為 1 厘米的情況下，彎折 10 萬次之后，其容量保持率仍大于 80%。
每米成本低于 3 角
前文也提到，此前，工業(yè)級(jí)別上很難生產(chǎn)長(zhǎng)度超過幾厘米的纖維鋰離子電池。其中很重要的一個(gè)原因是，較長(zhǎng)的纖維被認(rèn)為會(huì)有較高的內(nèi)阻，而電池的內(nèi)阻對(duì)其電化學(xué)性能具有重要影響。
所以復(fù)旦彭慧勝團(tuán)隊(duì)具體是如何實(shí)現(xiàn)突破的？
有兩個(gè)方面。
首先他們發(fā)現(xiàn)，纖維內(nèi)阻與長(zhǎng)度呈現(xiàn)的是雙曲余切函數(shù)關(guān)系。
換句話說，就是纖維內(nèi)阻先隨著長(zhǎng)度的增加而降低，之后趨于平緩。
那么這兩者之間的關(guān)系究竟是如何發(fā)現(xiàn)的呢？
手工自制鋰電池。
電池正極為鋁線，涂層為鈷酸鋰 LCO，典型鋰電池正極活性材料；負(fù)極為有石墨涂層的銅線，并用商業(yè)隔離膜包裹以防止短路。
將正負(fù)極纏繞在一起，制備成不同長(zhǎng)度的纖維鋰電池（0.1 米、0.2 米、0.5 米和 1 米），并測(cè)量他們的電化學(xué)性能。
最終經(jīng)過系統(tǒng)性研究表明，這一關(guān)系具有普遍性，對(duì)不同的纖維電池均有效。
理論基礎(chǔ)可行，那就到了第二階段 —— 工業(yè)化制備，生產(chǎn)長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的高性能纖維電池。
最大的難點(diǎn)，是如何均勻地將漿液均勻涂在正負(fù)電極上。
目前大部分商業(yè)化電池就不存在這樣的問題，在平面基材上涂抹更加均勻，厚度也容易控制。然而對(duì)于柔性、彎曲的纖維表面就很有難度。
這是因?yàn)?，在涂層?fù)載過程中，曲面結(jié)構(gòu)使得活性材料承受較大的表面張力，從而導(dǎo)致活性材料涂層不均勻，影響整個(gè)電池的性能和穩(wěn)定性。
論文一作何紀(jì)卿接受澎湃采訪時(shí)表示，這會(huì)導(dǎo)致曲面產(chǎn)生不平整的串珠結(jié)構(gòu)。
而團(tuán)隊(duì)找到了最佳粘合劑含量，在這個(gè)含量下電極表面變得光滑。
那么具體是如何制備的呢？
鈷酸鋰 LCO（紅色）和石墨（藍(lán)色）漿液分別涂在鋁和銅的集流體上。
干燥后，負(fù)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。
隨后，通過擠壓封裝在一個(gè)管道中，這個(gè)封裝管由聚丙烯管包裹鋁塑帶制成，水蒸氣透過率低，不易受到外界環(huán)境影響。
技術(shù)含量這么高，價(jià)格又如何？
論文介紹：每米成本略低于 0.05 美元（約合 0.3 元人民幣），對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)品來說是經(jīng)濟(jì)的。
半年兩登 Nature 的彭慧勝團(tuán)隊(duì)
最后再來簡(jiǎn)單介紹下背后的團(tuán)隊(duì) ——
復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系彭慧勝團(tuán)隊(duì)，研究柔性電子材料已經(jīng)超過十年。
而在今年半年時(shí)間，他們就兩度得到國(guó)際頂刊認(rèn)可。
今年 3 月，他們打造的衣物顯示器登上 Nature。
能聊天能導(dǎo)航，水洗彎折都不怕，紡織布料最長(zhǎng)可達(dá) 6 米，其中包含 50 萬個(gè)發(fā)光單元，間距最小可達(dá)到 0.8 毫米，可以滿足高分辨率顯示的要求。
而現(xiàn)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(xué)系博士生何紀(jì)卿和路晨昊。
2008 年彭慧勝剛回復(fù)旦，當(dāng)時(shí)就已經(jīng)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(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)世界第一個(gè)纖維鋰離子電池，之后不斷進(jìn)行拓展。
如今距離規(guī)?；a(chǎn)又前進(jìn)了一步，甚至有了更加明晰的實(shí)用價(jià)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(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用。如果資源比較集中和高效利用，也有可能 2-3 年就能實(shí)現(xiàn)。
沒準(zhǔn)兒過不了多久，你的下一個(gè)充電寶，就是一件衣服。（手動(dòng)狗頭）
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03772-0
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