麻省理工研发140米柔性锂离子纤维电池，可用于织物自供电及3D打印电池

来源：DeepTech深科技

随着智能穿戴设备技术的发展，人们对电池的柔韧性、可拉伸、便携性等方面提出了更高的要求。

在日常生活中，充电锂离子电池我们都不陌生，但是否把充电锂离子电池做成超长纤维，甚至可做成衣服呢？


图丨柔性锂离子纤维电池（来源：MIT）

近日，麻省理工学院（MIT）团队就实现了上述成果，他们成功地开发出世界上最长的柔性纤维电池，厚度几百微米，长 140 米，并且放电容量达 123毫安 （mAh）、放电能量约 217 毫瓦时（mWh）。

2021 年 12 月 20 日，相关论文以《热拉伸可充电电池纤维可实现无处不在的电力》（Thermally drawn rechargeable battery fiber enables pervasive power）为题发表在 Materials Today。

这种纤维电池具有电池和纤维特征的“双重属性”，不仅具备可充电锂电池的充放电功能，还可以编成织物，为从 1D 到 3D 电源的大量非平面电子器件提供动力，给可穿戴电子设备提供了更多选择。

该论文的通讯作者、庆熙大学生命科学学院教授郑泰利（Jung Tae Lee）在接受媒体采访时表示：“我们的方法的优点是，可以在一根单独的纤维中嵌入多个设备。这跟其他需要整合多个光纤设备的方法不同。当我们整合这些含有多设备的纤维时，集合体将推进紧凑型织物计算机的实现。”



动图丨纤维电池即使在部分被切割，仍继续为 LED 供电，表明纤维电池系统没有电解液损失和短路（来源：Materials Today）

该研究首次使用热拉伸的方法，实现了在保护性柔性包壳内同时容纳多种复杂的电活性凝胶、颗粒和聚合物。热拉伸工艺的另一个优点是，可以在不改变预制模的情况下，通过改变绞盘速度来控制纤维的横向尺寸。

由新型电池凝胶以及标准纤维拉伸系统制造，该系统始于一个圆柱体，该圆柱体中包含所有组件，然后将其加热至略低于其熔点。研究人员将该材料从狭窄的开口拿出来，他们发现所有零件是原始直径的几分之一，与此同时它还不打乱零件原有排列。



图丨包括多种凝胶的热纤维电池拉伸及其扩展为 2D 和 3D 柔性多维电子产品（来源：Materials Today）

此前该领域的相关研究多为可编织、可清洗的 LED、光电传感器、通信和数字系统。它们适合在柔性可穿戴产品使用，但缺点是其依赖外部电源，无法自供电。

那么，纤维电池是否能像普通衣服一样穿着舒适，又具有电池的充放电功能，满足自供电通信、传感和计算设备？



动图丨由于凝胶电极和凝胶电解质，热拉伸纤维电池（右）是耐火的，而带有液体电解质的控制纤维电池（左）会立即着火并膨胀（来源：Materials Today）
该论文第一作者、MIT电子研究实验室博士后助理研究员图拉尔·胡迪耶夫（Tural Khudiyev）说道：“当我们将活性材料嵌入纤维内部时，这意味着敏感的电池部件已经有了良好的密封性。并且由于所有的活性材料都整合得非常好，所以它们不会改变它们的位置。”

MIT 团队研发的新型纤维电池不仅可自供电，还满足了便携式电子系统的要求，具备可机洗、灵活、可在水下使用且防火/破裂安全等优点。

不仅如此，这种纤维电池还实现了 3D 打印“一步到位”。除了电池的纤维外观，纤维内部还具备了各种金属、活性材料等。“这是纤维电池设备的首次 3D 打印。”图拉尔·胡迪耶夫说道。



图丨二维电子产品中的热拉伸纤维电池（来源：Materials Today）

该团队通过不同的可充电纤维电池方案展示了为潜艇无人机、Li-Fi （Light Fidelity）织物和飞行无人机通信提供电力，这为电池自供电电子产品的发展奠定了良好的基础。

德国明斯特大学物理化学教授马丁·温特（Martin Winter）认为该研究非常有创意，他表示：“新电池单元的形状灵活性可满足以前无法实现的设计和应用，现在大多数关于电池的研究着眼于电网存储和电动汽车，这是与主流的一个很好的偏离。”

该纤维电池的长度并未到达极限，该团队表示，未来有望进一步提升至 1000 米以上。下一步，该团队将致力于研究如何将电池效率和功率容量进一步提升。此外，该技术已申请相关专利，他们希望该技术能在几年内进行产业化落地。