1 工作简介

         ——高安全性的新型聚合物储能电池

储能电池已成为现代人类社会不可或缺的组成部分。人们通过设计电池材料，实现了高电化学性能的锂离子电池，相关成果获2019年诺贝尔化学奖。如何通过设计新结构，获得高安全性的柔性纤维聚合物储能电池，满足未来电子产品与人体紧密结合的发展要求，是储能电池领域面临的另一个重大挑战。国际学术界长期以来有一个共识：聚合物电解质流动性和浸润性差，难以与纤维电极形成紧密而稳定的界面，导致纤维聚合物储能电池无法有效工作。本项目工作颠覆了上述传统认知，发现把兼具取向和网络孔道的纤维正负极相互缠绕，单体溶液通过毛细效应快速渗透到孔道中，原位反应后生成聚合物凝胶电解质，与正极和负极形成紧密而稳定的接触界面，实现电荷快速有效传输（图1）。

_{图1. 纤维聚合物储能电池的设计思路。（a）为制备流程示意图，（b）和（c）分别为取向和网络孔道结构示意图。}在此理论指导下构建的纤维聚合物储能电池，能量密度提升近2个数量级，弯折10万次后容量保持率超过96%。纤维聚合物储能电池具有高安全性，在高低温、高真空环境、复杂形变、机械破坏时都显示了稳定的电化学性能。建立了世界上首条纤维聚合物储能电池生产线，在国际上率先实现了其连续制备（图2）。通过编织集成后的织物电池，电化学性能与商业储能电池相当，而安全性和稳定性更加优异，实现了在柔性电子、健康监测、航空航天等重要领域的应用，在储能电池领域开拓出一个新方向。

_{图2. 纤维聚合物储能电池的连续制备和优异性能。（a）为连续制备样品照片，（b）显示高安全性，（c）显示高循环稳定性，（d）显示高弯折稳定性。}

相关成果于2024年在Nature上发表了2篇研究论文（Nature 2024, 629, 86-91; Nature 2024, 626, 313-318），被评述为“发现了新的电子反应机制”和“柔性储能技术的一个里程碑，为更耐用、更高效储能铺平了道路”。

2 作者简介

通讯作者

彭慧胜，复旦大学特聘教授、中国科学院院士。

主要研究高分子纤维器件，在Nature等期刊上发表论文380多篇，出版专著/教材4部。获授权国内外发明专利100项，其中47项实现了转让转化，产生了良好的社会经济效应。作为第一完成人，获2019年国家自然科学奖二等奖、2022年国家级教学成果奖一等奖，获2022年德国跨界创新基金会科学突破奖。领衔的成果入选2021年中国科学十大进展、2021年中国百篇最具影响国际学术论文、2022年国际纯粹与应用化学联合会化学领域十大新兴技术（2项）。

通讯作者

王兵杰，复旦大学纤维电子材料与器件研究院副院长、教授、国家优秀青年科学基金获得者。

2009年本科毕业于四川大学高分子材料与工程专业，2014年获得中国科学院宁波材料所博士学位，毕业后进入复旦大学工作至今。聚焦于纤维储能电池研究，先后解决了纤维电极界面不稳定难题，创建了涂覆法和挤出法两种连续化构建方法，在国际上率先建立了中试产线，获得高性能纤维储能电池。在Nature、Nature Nanotechnology等期刊上发表论文100余篇，申请国内外发明专利30余项。

3 原文传递

详情请点击论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07343-x

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