继3篇Nature后，彭慧胜课题组纤维电池再有新进展，今日发表在Nature Nanotechnology

第一作者：Meng Liao, Chuang Wang, Yang Hong

通讯作者：王兵杰、彭慧胜

通讯单位：复旦大学

去年3月10日、5月7日和 9月1日，复旦大学彭慧胜教授和陈培宁副研究员等人在Nature上相继发表了题为“Large-area display textiles integrated with functional systems”、“Making large-scale, functional, electronic textiles”和 ”Scalable production of high-performing woven lithium-ion fibre batteries”3篇文章——开发了一种基于经纬编织工艺，大面积制备织物显示器的方法以及通过可扩展工业流程生产数米的高性能纤维锂离子电池的研究成果。今日，该课题组再次发表Nature Nanotechnology，提出使用溶液挤出法工业化生产纤维电池。

【研究亮点】

1. 提出了一种新的通用溶液挤出方法，可以在工业规模上一步生产连续纤维电池。

2. 每个喷丝头单元可生产1500 km的连续纤维电池，并展示了用于智能帐篷应用的大约10 m² 机织纺织品的概念验证，电池的能量密度为 550 mWh m^-2。

【主要内容】

手机和电动汽车对移动操作系统的依赖推动了对紧凑、轻便和灵活的电源解决方案的需求，这些解决方案有望取代目前扁平、刚性和笨重的电池。由于纤维在日常生活中非常普遍，因此将能量存储能力整合到可以编织成可用纺织品的纤维中对于可穿戴和移动应用特别有吸引力。作者设想在未来，电池可以像衣服一样穿着，为无数的电子设备供电。目前，纤维电池已使用改编自平面电池的方法生产，其中导电和活性材料以及电解质逐层涂覆在弯曲的纤维基材上。作者先前工作通过揭示电池性能与长度之间的关系进一步实现了长纤维电池。然而，纤维基材上的涂层速度通常较低，生产速率<0.5 m min^-1。在工业上很难以更高的速度形成所需的薄而均匀的活性层，因为这会在纤维内部产生过多的缺陷，使其不适合实际应用。

鉴于此，复旦大学彭慧胜课题组提出了一种全新的溶液挤出方法，可以在一个步骤中直接连续地大规模制造全纤维电池，并具有超过250 m h^-1 的高生产率。他们设计了一个具有三个通道的单一单元工业喷丝头来挤出由电解质封装的正极和负极组成的三组分纤维电池（图 1a）。随后将挤出的纤维电池拉出、干燥并收集在准备编织成纺织品的缠绕线轴上（图 1b-d）。由于这种溶液挤出方式不需要严格的生产条件（例如真空环境和高温），因此适合大规模和高速率生产，可用于制造各种纤维电池。全纤维电池在50 mA g⁻¹ 下提供86 mAh g⁻¹ 的比容量，并且在 50次循环中保持稳定，库仑效率为93.6%，优于一些先前报道的纤维锂离子电池。同时，这种溶液挤出方法是通用的。除了纤维锂离子电池，研究人员还使用含有氧化锰 (MnO₂) 的正极材料和含有锌 (Zn) 粉末的负极材料生产了锌-二氧化锰纤维电池以及纤维钠离子电池。作为概念验证，研究人员制造了一个帐篷，其中外层由纺织太阳能电池组成，内层由纺织电池组成。帐篷可以在白天从太阳中获取能量，为内部的纺织电池充电，从而有效地为帐篷内的纺织显示器和智能音箱供电。总之，该方法简单易行，得到的柔性纺织电池稳定、耐用、安全。作者预计这种方法将促进下一代电子产品中纤维电池的大规模生产和实际应用。

Fig. 1 | Extrusion process and structural characterization of fibre batteries.

Fig. 2 | Continuous solution-extrusion method for producing aqueous Li-ion, Zn-Mn and Na-ion fibre batteries.

Fig. 3 | Applications of textile battery made from FLIBs.

文献信息：

Liao, M., Wang, C., Hong, Y. et al. Industrial scale production of fibre batteries by a solution-extrusion method. Nat. Nanotechnol. (2022). https://doi.org/10.1038/s41565-021-01062-4