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今天，一件來(lái)自中國(guó)的衣服登上了Nature。

沒(méi)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(méi)錯(cuò)，這件衣服正在給手機(jī)無(wú)！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(lái)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(wèn)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(shuō)，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(guò)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(méi)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(méi)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(wàn)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(guò)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(shuō)，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(guò)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(wèn)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(guò)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。

今年3月，他們打造的衣物顯示器登上Nature。

隨后，通過(guò)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(guò)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(lái)說(shuō)是經(jīng)濟(jì)的。

半年兩登Nature的彭慧勝團(tuán)隊(duì)

最后再來(lái)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(guò)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。

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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(wàn)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(méi)準(zhǔn)兒過(guò)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