成果入选“中国科学十大进展”,这位复旦教授的紧迫感更加强烈了

发布时间:2022-03-10

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  复旦大学高分子科学系彭慧胜教授近来有一种紧迫感。

  

  半年前,他的团队在国际权威学术期刊《自然》发表了“高性能纤维锂电池的规模化构建”科研成果,被审稿人评价为“储能和可穿戴技术领域的里程碑”。有了“从0到1”的突破,怎么变成实实在在的生产力?这是他半年来思考得最多的事情。

  

  日前,这一成果入选2021年度“中国科学十大进展”。消息传来,彭慧胜的紧迫感更加强烈了,他告诉解放日报·上观新闻记者,美国专门成立了“革命性纤维与纺织研究院”,汇聚了美国的知名大学和企业力量,并将其列为国家级创新方向;欧盟的一份战略报告则预估,电子织物未来10年会有2万亿欧元的市场,将会带来一场纺织革命。

  

  我国在纤维锂离子电池方面的研究目前领先半个“身位”,但起个大早,如何才能不赶个晚集?

  

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  【一件由纤维锂离子电池编织的成人衬衣,一次充满可以给手机充电约20次】

  

  一块看上去很普通的印染蓝布,手机放上去,便开始自动充电(见下图)。原来,这块蓝布并不普通,它织入的正是彭慧胜团队研发的纤维锂离子电池。这也意味着,出门无需带充电器,通过身上穿的衣服,就可以直接对手机无线充电。

  

  “一件由纤维锂离子电池织就的成人衬衣,相当于一个移动充电宝,一次充满可以给智能手机充电约20次。”彭慧胜说。

  

  穿着衣服给手机充电,对人体是否会有伤害呢?“我们的产品不仅安全、耐洗,对敏感肌肤也很友好,我们正在努力未来做到生物可降解。”

  

  早在2008年,彭慧胜团队就开始研究新型柔性电池系统,2013年率先在国际上提出并实现了新型纤维锂离子电池。

  

  不过,当时面向块状锂离子电池的成熟生产体系,很难直接用于纤维状锂离子电池,而国际上纤维锂离子电池的制备研究几乎是空白。

  

  怎么办?只有知其所以然,才能找到制备方法。

  

  又经过8年的摸索,他们发现了纤维锂离子电池的内阻随长度变化的规律。令人感到意外的是,内阻并没有随电池长度的增加而增大,反而先下降后逐步趋于稳定。

  

  在这一创新理论指导下,他们构建的纤维锂离子电池具有优异且稳定的性能,能量密度较过去提升了近2个数量级,即使将纤维锂离子电池弯折10万次,其容量保持率仍超过80%。他们还建立了世界上首条纤维锂离子电池生产线。

  

  “过去,在实验室做一件基于纤维锂离子电池的衬衣,成本是一个天文数字,现在我们把成本降低到了几百上千元,未来随着规模化还将进一步降低。”彭慧胜告诉解放日报·上观新闻记者。

  

  【“要把发现转为生产力,还需更多产业界的合作者加入”】

  

  在彭慧胜的办公室,挂着一幅图,这是关于纤维电池更大的愿景。

  

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彭慧胜在讲述纤维电池的应用前景

  

  纤维电池在可穿戴设备、太空探测、生物医疗器械、脑机接口等领域展现出了新的可能。就拿可穿戴设备来说,近年来“如何充电”成为制约其发展的瓶颈问题,而纤维锂离子电池的出现,无疑成为破解这一难题的“钥匙”之一。

  

  传统的锂离子电池是一种“三明治”结构,因此很难做小。据透露,彭慧胜团队最初想要攻克的其实是纤维太阳能电池,但把光能转化成电能后如何储存是一道难题,于是把目光先投向了纤维锂离子电池。如今,纤维锂离子电池已有了重大突破,他们想重新回到纤维太阳能电池的研究轨道。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,也是实现“碳达峰碳中和”目标的一个很好的应对策略。

  

  不过,相比纤维电池可预见的市场前景,目前的产品推广速度在彭慧胜看来还是太慢了。从电池本身来说,能量密度还有提升空间;通过纤维电池制备的织物,如何穿着更舒适、更美观,也值得探索。而对于这个庞大市场的认识和投入,在他看来同样需要改变。

  

  “我们虽然实现了纤维锂离子电池的原创突破,但国外一直在加速跟进,要想把发现转为生产力,还需要更多产业界的合作者加入。”彭慧胜呼吁。

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