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復旦大學高分子科學系彭慧勝教授近來有一種緊迫感。

半年前,他的團隊在國際權威學術期刊《自然》發表了「高性能纖維鋰電池的規模化構建」科研成果,被審稿人評價為「儲能和可穿戴技術領域的里程碑」。有了「從0到1」的突破,怎麼變成實實在在的生產力?這是他半年來思考得最多的事情。

日前,這一成果入選2021年度「中國科學十大進展」。消息傳來,彭慧勝的緊迫感更加強烈了,他告訴解放日報·上觀新聞記者,美國專門成立了「革命性纖維與紡織研究院」,匯聚了美國的知名大學和企業力量,並將其列為國家級創新方向;歐盟的一份戰略報告則預估,電子織物未來10年會有2萬億歐元的市場,將會帶來一場紡織革命。

我國在纖維鋰離子電池方面的研究目前領先半個「身位」,但起個大早,如何才能不趕個晚集?

一塊看上去很普通的印染藍布,手機放上去,便開始自動充電(見下圖)。原來,這塊藍布並不普通,它織入的正是彭慧勝團隊研發的纖維鋰離子電池。這也意味着,出門無需帶充電器,通過身上穿的衣服,就可以直接對手機無線充電。

一件由纖維鋰離子電池編織的成人襯衣

一次充滿可以給手機充電約20次

「一件由纖維鋰離子電池織就的成人襯衣,相當於一個移動充電寶,一次充滿可以給智能手機充電約20次。」彭慧勝說。

穿着衣服給手機充電,對人體是否會有傷害呢?「我們的產品不僅安全、耐洗,對敏感肌膚也很友好,我們正在努力未來做到生物可降解。」

早在2008年,彭慧勝團隊就開始研究新型柔性電池系統,2013年率先在國際上提出並實現了新型纖維鋰離子電池。

不過,當時面向塊狀鋰離子電池的成熟生產體系,很難直接用於纖維狀鋰離子電池,而國際上纖維鋰離子電池的製備研究幾乎是空白。

怎麼辦?只有知其所以然,才能找到製備方法。

又經過8年的摸索,他們發現了纖維鋰離子電池的內阻隨長度變化的規律。令人感到意外的是,內阻並沒有隨電池長度的增加而增大,反而先下降後逐步趨於穩定。

在這一創新理論指導下,他們構建的纖維鋰離子電池具有優異且穩定的性能,能量密度較過去提升了近2個數量級,即使將纖維鋰離子電池彎折10萬次,其容量保持率仍超過80%。他們還建立了世界上首條纖維鋰離子電池生產線。

「過去,在實驗室做一件基於纖維鋰離子電池的襯衣,成本是一個天文數字,現在我們把成本降低到了幾百上千元,未來隨着規模化還將進一步降低。」彭慧勝告訴解放日報·上觀新聞記者。

在彭慧勝的辦公室,掛着一幅圖,這是關於纖維電池更大的願景。

彭慧勝在講述纖維電池的應用前景。黃海華攝

纖維電池在可穿戴設備、太空探測、生物醫療器械、腦機接口等領域展現出了新的可能。就拿可穿戴設備來說,近年來「如何充電」成為制約其發展的瓶頸問題,而纖維鋰離子電池的出現,無疑成為破解這一難題的「鑰匙」之一。

傳統的鋰離子電池是一種「三明治」結構,因此很難做小。據透露,彭慧勝團隊最初想要攻克的其實是纖維太陽能電池,但把光能轉化成電能後如何儲存是一道難題,於是把目光先投向了纖維鋰離子電池。如今,纖維鋰離子電池已有了重大突破,他們想重新回到纖維太陽能電池的研究軌道。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源,也是實現「碳達峰碳中和」目標的一個很好的應對策略。

不過,相比纖維電池可預見的市場前景,目前的產品推廣速度在彭慧勝看來還是太慢了。從電池本身來說,能量密度還有提升空間;通過纖維電池製備的織物,如何穿着更舒適、更美觀,也值得探索。而對於這個龐大市場的認識和投入,在他看來同樣需要改變。

「我們雖然實現了纖維鋰離子電池的原創突破,但國外一直在加速跟進,要想把發現轉為生產力,還需要更多產業界的合作者加入。」彭慧勝呼籲。

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