如何快速和規模化制備纖維聚合物儲能電池，是智能纖維領域長久面臨的一個瓶頸難題。近日，復旦大學教授彭慧勝、王兵杰團隊成功將纖維聚合物儲能電池的制備和經典濕法紡絲融合，在國際上率先提出纖維電池的規模化生產路線，實現了一系列千米級纖維電池的快速連續構建。相關成果已在線發表于《自然—納米技術》。
在過去的研究中，人們借鑒平面電池的涂覆方法制備纖維電池，其工藝復雜且效率偏低，難以滿足大規模生產應用的需要。
2013年，彭慧勝團隊提出并實現了柔性纖維電池，此后一直致力于開發高安全性的纖維聚合物儲能電池，相關工作引起國際學術界廣泛關注。
在多年探索中，研究團隊創新性地提出一體化連續構建纖維電池的新設想，將聚合物儲能電池中的各功能組分制備為紡絲漿料，然后通過將多種活性物質漿料共同擠出成型，實現纖維聚合物儲能電池的連續制備。
“濕法紡絲路線的難點在于，在極其精細、柔軟的纖維結構中，如何保持電池各功能組分間的界面穩定性并實現電化學活性。”彭慧勝告訴《中國科學報》。
為此，研究團隊對電池活性材料配制及漿料流體性質進行了大量的篩選實驗，并基于預實驗數據庫，對核心部件噴絲板內部腔道進行了重新設計。結果表明，即使在高生產速率下連續制備，所得到的纖維電池內部各功能組分也具有良好的界面穩定性，從而表現出良好的電化學性能。
在此基礎上，研究人員揭示了纖維電池一體化成型過程中，聚合物基體與其他功能組分間的相互作用機制，建立了不同功能組分分結構與性能的關聯規律。最終，團隊不僅實現了一系列千米級纖維電池的規模化生產，還為其他功能性纖維器件的規模化制備提供了理論和實驗支持。
“相較于通過傳統涂覆方法制備的纖維儲能電池，通過聚合物濕法‘紡絲’大規模、一步法制備的纖維電池更細、更柔，也更接近日常用于紡織的高分子化學纖維。”彭慧勝說，“將通過該方法制備的纖維聚合物儲能電池進行梭織，可以得到輕薄、透氣、大面積的“電池織物”，為纖維聚合物儲能電池的規模化應用提供了可能。”
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-021-01062-4
