編織在衣服里的“健康衛(wèi)士”

隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，可穿戴設備被認為是繼計算機、智能手機之后的新一代電子產(chǎn)品，有望引領新一輪產(chǎn)業(yè)革命。但目前可穿戴設備主要局限于智能手表、手環(huán)、眼鏡等小型產(chǎn)品，一個關鍵原因在于現(xiàn)有可穿戴設備主要由塊狀或平面電子元件組成，很難滿足可穿戴設備緊貼人體皮膚、適應復雜形變、透氣導濕的應用要求。

纖維鋰離子電池具有獨特的一維結構，具有優(yōu)異的柔性，可以編織成柔軟透氣的織物，有望為新一代電子設備提供靈活高效的能源供給方案。近幾十年來，科學界和工業(yè)界通過優(yōu)化電極材料使鋰離子電池的電化學性能大幅提升，但是如何通過設計新結構創(chuàng)建纖維鋰離子電池，滿足電子產(chǎn)品高度集成化、柔性化和舒適化發(fā)展要求，是鋰離子電池領域面臨的另一個重大挑戰(zhàn)。

2013年，復旦大學研究團隊在國際上率先提出纖維鋰離子電池的概念。與傳統(tǒng)塊狀電池不同，纖維鋰離子電池具有一維結構，直徑通常在幾十到幾百微米之間，和我們?nèi)粘？椢镏惺褂玫募喚€相當，可以承受扭曲、拉伸等各種復雜形變。更為重要的是，它可以編織成像衣服一樣柔軟透氣的電池織物，從而有效貼合人體皮膚，有效滿足未來可穿戴設備柔性化、舒適化和輕量化的發(fā)展要求，推動紡織與物聯(lián)網(wǎng)、人機交互、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興領域的融合發(fā)展。

面向纖維鋰離子電池規(guī)模化應用需求，復旦大學研究團隊通過近10年深入研究，發(fā)現(xiàn)并揭示了纖維鋰離子電池內(nèi)阻隨長度增加先減小后逐步趨于穩(wěn)定的變化規(guī)律，并自主開發(fā)了“電極涂覆、隔膜包覆、螺旋組裝、電芯封裝”的連續(xù)化構建路線和標準化裝置，在國際上建成了首條纖維鋰離子電池中試生產(chǎn)線，實現(xiàn)了高性能纖維聚合物鋰離子電池的連續(xù)化制備。

復旦大學研究團隊所構建的纖維聚合物鋰離子電池，具有優(yōu)異的電化學性能，其全電池能量密度較過去提升了兩個數(shù)量級，還具有較高的循環(huán)穩(wěn)定性，綜合性能可與目前典型商業(yè)電池相當。該電池還可以耐受各種復雜形變，在彎折10萬次后仍能保持性能穩(wěn)定。

得益于有效的封裝技術和使用準固態(tài)的凝膠電解質(zhì)，纖維鋰離子電池不會發(fā)生漏電和電解液泄漏，顯示出良好的安全性，將纖維鋰離子電池、纖維傳感器與顯示織物集成在一起并編織在衣服上，可以像平常穿的衣服一樣經(jīng)受反復洗滌。纖維鋰離子電池充滿電后，就可以為織物系統(tǒng)中的傳感、顯示等器件持續(xù)供電，將這樣的智能服裝穿在身上，就可以對人體生理信號，如汗液中的鈣離子、鈉離子進行檢測，并顯示在衣服上，使我們能實時便捷地了解穿戴者的健康狀況。

未來將這種智能織物與物聯(lián)網(wǎng)和5G技術進一步融合集成，無疑會給人們帶來更加便捷的人機交互體驗，甚至改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

（來源：《科普時報》）