科学探索|可穿戴新突破：复旦纤维锂离子电池，穿身上能无线充电( 三 ) 可穿戴新突破：复旦纤维锂离

【科学探索|可穿戴新突破：复旦纤维锂离子电池，穿身上能无线充电】在纤维上进行类似的工作却非易事。论文中提到，在弯曲纤维表面上的活性材料涂层往往是不均匀的。造成这种现象的原因是，在活性层负载过程中，曲面结构使得活性材料承受较大的表面张力。何纪卿形象地表示，“这就导致它很容易产生不平整的串珠结构，”而这种不均匀的活性层对电池性能和稳定性都非常不利。
何纪卿介绍，团队主要通过对负载装置的针对性设计和活性层化学组分的系统调控，实现了纤维电极均匀、稳定和高含量的活性材料负载。
研究结果显示，在百米长度的电极上，活性材料的负载重量几乎没有变化，上万次弯曲后也没有明显的脱落现象。随后，研究团队相继开展了电池连续组装和封装等方法学研究最终实现了高性能纤维锂离子电池的连续化稳定制备。

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长纤维锂离子电池的连续化制备和结构表征。

实现纤维锂离子电池投产，还缺什么？
这项研究最后的结果显示，纤维锂离子电池的容量随长度线性增加。基于总质量，长度1米的纤维锂离子电池的能量密度超过80 Wh/kg，可以为心率监测仪和血氧仪等商用可穿戴设备提供超过2天的使用电能。
同时，纤维锂离子电池具有良好的循环稳定性，循环500圈后，电池的容量保持率仍然达到90.5%，库伦效率为99.8% 。其综合电化学性能可与某些小型商业电池相当。

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纤维锂离子电池的电化学性能。

这种纤维锂离子电池还具有良好的力学性能，可以很容易地将之编织成柔性透气的织物。
然而，在进一步作为织物实际应用于可穿戴设备之前，我们还需要确认的是其安全性，这对锂离子电池来说尤为重要。论文研究表明，该纤维电池织物可以在弯折、动态形变、高低温（-20℃至60℃）、穿刺和水洗等严苛条件下正常工作，显示了良好的应用潜力。
安全验证试验显示，例如，纤维锂离子电池纺织品即使以各种方式折叠或被汽车碾压，也没有发生燃烧或爆炸。此外，即使在机器洗涤后或被刺穿后，仍可继续为平板电脑充电。研究团队还使用红外成像仪监测了穿刺区域周围的温度，没有发现温度升高迹象。

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a-e) 通过纺织方法获得高性能和高安全性的纤维锂离子电池织物；f-h) 纤维锂离子电池织物为智能手机进行无线充电。
研究团队进一步通过纺织方法，获得了高性能和高安全性的大面积电池织物，并以此在真实的应用场景中进行了部分功能示范。他们在一件衣服上将电池织物和无线充电发射装置集成，可安全、稳定地对放置在佩戴者口袋中的智能手机进行无线充电。整个过程持续40分钟，没有发生明显的升温现象，显示了良好的安全性。
此外，研究团队通过将纤维锂离子电池和纤维传感器与显示织物集成。当用户运动时，纤维传感器可检测汗水中钠离子和钙离子的浓度，并将数据发送到信号处理芯片，该芯片可以将信息传输到纺织品显示器。这为未来智慧医疗方面的应用提供了可能。
在研究团队看来，其后续仍有有待完善的工作。“作为电池，大家最关心的还是能量密度，虽然我们现在可以把纤维电池规模化、连续化制备出来，而且能量密度也很高，但是相比于现有的手机电池、电动汽车电池，它的能量密度还是有一定差距的。”他们下一步的主要工作就是进一步提高纤维锂离子电池的能量密度。