文｜《中国科学报》见习记者江庆龄

近日，复旦大学高分子科学系博士生江海波向《中国科学报》记者展示了一个特殊的包。它的形状和普通手提包没什么区别，但是手机一放进去就开始充电，半小时后电量增加了20%。

这个特殊的“可充电包”是由一个特殊的纤维锂离子电池制成的。该电池是中国科学院院士、复旦大学高分子科学系教授彭慧胜团队的研究成果。

该团队利用具有孔道结构的特殊纤维电极，实现了电极与聚合物凝胶电解质的有效复合，有效解决了聚合物凝胶电解质与电极界面稳定性差的问题，进而开发了基于聚合物凝胶电解质的纤维电池连续构建方法，进入了规模化制备阶段。最近，《自然》发表了相关研究。

纤维锂离子电池概念图。受访者提供图片

受爬山虎的启发

彭慧胜表示，纤维锂离子电池是能源领域的一个全新研究方向。在发展过程中，它面临着三个主要问题——如何通过设计纤维结构获得柔软的锂离子电池，如何制造高能量密度的纤维锂离子电池，如何实现高安全性纤维锂离子电池。

彭慧胜团队于2008年开展了相关的探索性工作。

2013年，团队取得了第一次突破，验证了将锂离子电池设计成纤维结构的可行性。

8年后，该团队进一步提高了纤维锂离子电池的能量密度近两个数量级，基本满足了应用需求，并在此基础上建立了世界上第一条纤维锂离子电池生产线。

但在此之前，电池主要使用易漏易燃的有机电解质，而纤维电池织物在实际应用中会与人体紧密贴合，因此，电池的安全性能仍需提高。

彭慧胜随后将突破口聚焦在高安全性聚合物凝胶电解质上。然而，聚合物凝胶的电解质很难与纤维电极形成紧密稳定的接触界面，导致纤维锂离子电池的储能能力很低。

如何解决界面不稳定的问题？彭慧胜偶然注意到，爬山虎可以紧密稳定地缠绕在植物的藤蔓上。它的原理是它能分泌出一种浸润性好的液体，并在它们接触表面的孔道结构中发生聚合反应，从而将自己与缠绕的植物藤蔓粘在一起。

受此启发，该团队设计了具有多层次网络孔和方向孔的纤维电极，并设计了可以渗透到孔结构中的单体溶液。高分子凝胶电解质是在孔内聚合后产生的，从而与纤维电极形成紧密稳定的界面。

因此，安全问题得到了初步解决。

走过“最后一公里”

彭慧胜回忆说：“其实在开始做这个项目的时候，并没有考虑到具体的应用。但是随着研究的推进，它的应用价值逐渐显现出来。如今，我们已经基本走过了柔性纤维电池研发的‘最后一公里’。

彭慧胜在这个过程中有意识地招收了一些在工业上有一定经验的学生。共同第一作者江海波就是其中之一。

“我在工业界工作的时候，主要从事相关的R&D工作。虽然我关心的问题大方向和实验室不一样，但都是关注问题本身，两者之间也有相似之处。”江海波告诉《中国科学报》。

随着更多有工业思维的人的加入，纤维电池从实验室向工业的发展速度进一步加快，此时首要解决的问题是建立一条成熟的工艺生产线。

彭慧胜表示，该团队开发了一套基于聚合物凝胶电解质纤维电池的连续制备方法，实现了几公里长度纤维锂离子电池的制备，其能量密度达到128瓦/公斤，实现了5C大电流供电，可有效为无人机等大功率电器供电。经过10万次弯曲变形后，纤维电池的容量保持率大于96%，表明其具有优异的抗变形能力。在不同的材料系统中应用这一思路，制备的纤维电池都表现出稳定的充放电性能。

目前，该团队已经建立了一条中试生产线，具有高度可控的制备工艺和良好的纤维电池电化学性能，每小时产能300瓦。“相当于每小时生产的电池可以同时给20部手机充电。”江海波表示，“1米纤维的材料成本在0.5元左右，大规模生产后成本会进一步降低。”