一件柔軟透氣的衣服，不僅可以儲存能量，還能便捷地為手機、手表等隨身電子設備供電。這一曾存在于科幻作品中的場景，已經變成了現實。
近日，復旦大學科研團隊在高性能纖維電池及電池織物研究上取得新突破：通過設計具有孔道結構的纖維電極，實現電極與高分子凝膠電解質的有效復合，團隊不僅解決了高分子凝膠電解質與電極界面穩定性差的難題，還發展出纖維電池連續化構建方法，實現了高安全性、高儲能性能纖維電池的規模制備。相關研究成果發表于《自然》主刊。
4月22日，復旦大學科研人員展示手機可放在編織有纖維電池的織物上充電。新華社記者劉穎 攝
經過多年探索，復旦大學團隊相繼攻克“設計纖維結構獲得柔軟的鋰離子電池”“制備高能量密度的纖維鋰離子電池”兩大難題；“實現高安全性纖維鋰離子電池”則是該課題的“最后一公里”。科研團隊負責人、中國科學院院士彭慧勝表示，由于纖維電池織物和人體緊密貼合，必須以高安全性的高分子凝膠電解質取代易漏易燃的有機電解質，而基于高分子凝膠電解質的纖維電池要想提升儲能性能，必須解決高分子凝膠電解質與纖維電極界面不穩定這一難題。
團隊最終從爬山虎與植物藤蔓緊緊纏繞這一自然現象中受到啟發，研究其奧秘后，設計了具有多層次網絡孔道和取向孔道的纖維電極，并研發單體溶液使之滲入到纖維電極的孔道結構中，單體發生聚合反應后生成高分子凝膠電解質，與纖維電極形成緊密穩定界面，進而實現了高安全性與高儲能性能的兼得。
在此基礎上，團隊發展出基于高分子凝膠電解質纖維電池的連續化制備方法，實現了數千米長度纖維鋰離子電池的制備，其能量密度達到128瓦時/公斤，可有效為無人機等大功率用電器供電，同時具有優異的耐變形能力。
彭慧勝表示，通過自主設計關鍵設備，團隊建立了以活性漿料涂覆、高分子隔離膜包覆、纖維螺旋纏繞、凝膠電解質復合以及高分子熔融封裝為核心步驟的纖維電池中試生產線，實現每小時300瓦時的產能，相當于每小時生產的電池可同時為20部手機充電。這為纖維電池的大規模應用提供了有力支持。
目前，團隊已使用工業編織方法制備了大面積纖維電池織物。在相關工業標準下，電池織物在經受大電流充放電、過壓充電和欠壓放電、高溫存儲后沒有發生泄漏、著火等事故，顯示出良好的安全性和穩定性；電池織物在高低溫、真空環境中及外力破壞下仍可以安全穩定地為用電器供電。
“這一纖維電池可應用于消防救災、極地科考、航空航天等重要領域，更多應用場景有待各方共同開拓。”彭慧勝說。
