科学家提出纤维电池规模化生产路线

近日，复旦大学教授彭慧胜、王兵杰团队将纤维聚合物储能电池制备和经典湿法纺丝融合，在国际上率先提出纤维电池的规模化生产路线，实现了一系列千米级纤维电池的快速连续构建。相关成果已在线发表于《自然—纳米技术》。

人们此前借鉴平面电池的涂覆方法制备纤维电池，其工艺复杂且效率偏低，难以满足大规模生产应用的需要。2013年，彭慧胜团队提出并实现了柔性纤维电池，此后一直致力于开发高安全性的纤维聚合物储能电池。研究团队创新性提出一体化连续构建纤维电池的设想，将聚合物储能电池中的各功能组分制备成纺丝浆料，然后将多种活性物质浆料共同挤出成型，实现纤维聚合物储能电池的连续制备。

“湿法纺丝路线的难点在于，在极其精细、柔软的纤维结构中，如何保持电池各功能组分间的界面稳定性并实现电化学活性。”彭慧胜告诉《中国科学报》。

为此，研究团队对电池活性材料配制及浆料流体性质进行了大量筛选实验，并基于预实验数据库，对核心部件喷丝板内部腔道进行了重新设计。结果表明，即使在高生产速率下连续制备，所得到的纤维电池内部各功能组分也具有良好的界面稳定性，从而表现出良好的电化学性能。

在此基础上，研究人员揭示了纤维电池一体化成型过程中，聚合物基体与其他功能组分间的相互作用机制，建立了不同功能组分结构与性能的关联规律。最终，团队不仅实现了一系列千米级纤维电池的规模化生产，还为其他功能性纤维器件的规模化制备提供了理论和实验支持。

“相较于通过传统涂覆方法制备的纤维储能电池，通过聚合物湿法‘纺丝’大规模、一步法制备的纤维电池更细、更柔，也更接近日常用于纺织的高分子化学纤维。”彭慧胜表示，将通过该方法制备的纤维聚合物储能电池进行梭织，可以得到轻薄、透气、大面积的“电池织物”，为纤维聚合物储能电池的规模化应用提供了可能。(张双虎 黄辛)

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41565-021-01062-4