柔性電池，要革共享充電寶的命

撰文｜龔 正

編輯｜臉 叔

寒冷的冬日，如果一條圍巾能保暖還能為手機充電，是不是很贊。圍巾的秘密裡，其實是植入了“柔性電池”技術。

日前，在B站舉辦的“2024年超級科學晚”上，來自天津大學材料科學與工程學院的鐘澄教授，向全網觀眾展示了柔性電池技術的最新應用。“萬物皆可充電寶”不再是夢，但要完全實現“一機走天下”，還得再耐心等等相關技術，從實驗室走進生產線。

#01

柔性電池，讓萬物皆可充電零

只要連結充電線，圍巾就能為手機充上電，“一布兩用”。

二次元愛好者們喜歡的痛包，只需要把手機放入包包的塑膠口袋裡，手機也能自動開始充電。

如果連包都懶得背，只需要把手機放入隨身穿的馬甲衣服裡，也能充電。除了手機外，耳機、手錶，也都同樣操作。

在B站科學晚大會上，鍾澄教授做的這三個演示，一下子就抓住了對“電量焦慮”有著強大共鳴的現場觀眾。

圖 | 手機放在馬甲口袋裡就能充電

大家期待：在家裡充電寶越買越多、共享充電寶成為“充電殺手”的當下，圍巾、衣服都能來充電，能革掉充電寶的命。

這個願望是可行的，不過可能還需要等等。開啟萬能的淘寶，至少目前還沒有哪個商家直接把“充電圍巾”拿出來賣，也沒有其它相關消費級產品。

從目前的權威釋出來看，這些新的“充電器”還在路上。柔性電池要大規模應用，還需要解決一些技術難關。

先來科普一下。

所謂“柔性電池”，是指一種具有一定柔韌性和可彎曲性的電池，能夠在一定程度上承受彎曲、扭曲或拉伸而不損壞其內部結構。

鍾澄教授解釋了柔性電池的“柔軟秘密”，在於材料的革新與結構的最佳化。

它與傳統電池相似，主要透過正負極之間的電化學過程來儲存電能。但與傳統的剛性電池有一個極大的不同，它的正負極使用了柔軟的材料，而電解質則採用了同樣具有柔性的半固態或固態材料。

正是這種特殊的柔性材料，讓柔性電池能夠應對各種複雜的環境和形狀。

它可以像一張紙一樣被摺疊起來，也可以像一根線一樣被捲曲起來。這種靈活性不僅讓電池更加適應各種裝置的形狀和尺寸需求，還提高了電池的可靠性和耐用性。

也正因為柔性電池的柔韌性和可彎曲性，所以它能與衣服、包包等“整合”，適應不同形狀的表面。

圖 | 能充電的圍巾

#02

柔性電池，待從實驗室走入生產線

瞭解柔性電池，有兩個人值得關注。

一位是芬蘭籍華裔科學家張霞昌博士‌，他有“紙電池之父”之稱。另一位是中國科學院院士、復旦大學高分子科學系和纖維電子材料與器件研究院教授彭慧勝，他主要帶領團隊研究的是“柔性纖維電池”。

張霞昌博士‌祖籍寧波北侖，出生在上海，曾在現在的華東理工大學就讀。1989年赴芬蘭赫爾辛基工業大學攻讀生物技術博士學位。

他最先研究的是生物燃料電池，但由於電池造價較貴，難以開啟市場，張霞昌博士和團隊果斷轉向“薄型柔性紙質電池”。

紙質電池是柔性電池的一種。

其核心特點是用紙張作為基底材料，而柔性電池的基底不侷限於紙張，可以是塑膠、金屬箔等多種材料。

2006年，張霞昌博士和團隊開發的薄型柔性紙質電池，率先在全世界研製成功，曾被《時代》週刊評為2006年八大最佳創新技術之一‌。張霞昌博士也因而成了柔性電池界的代表人物。

現在，張霞昌博士的相關研究成功在產業界、消費界已經有了一定應用，包括醫療、醫美、智慧包裝等領域。

另一位代表人物，是來自復旦大學的彭慧勝教授，他主攻的是“柔性纖維電池”，多了“纖維”兩個字。

圖 | 柔性纖維電池的示意圖

柔性纖維電池也是柔性電池的一種特殊形式。它的一大特點是與紡織行業具有高度的相容性，可以作為功能性紗線，直接“織入”紡織品中，所以它在紡織行業中的應用前景廣闊。

柔性纖維電池曾面臨三個課題，分別是：是否可以透過設計纖維結構獲得柔軟的鋰離子電池？如何製備高能量密度的纖維鋰離子電池？怎樣實現高安全性纖維鋰離子電池？

第一個問題經過研究已經解決。後面兩個，如何讓柔性纖維電池，同時具備“高能量密度”和“高安全性”，是攻克難關。

直到今年4月，權威媒體報道，彭慧勝教授帶領團隊成功走通了柔性纖維電池研發的“最後一公里”——即實現了“高安全性”和“高儲能效能纖維電池”的規模製備。

具體而言，早在2021年，彭慧勝教授方面稱，團隊已實現了“高能量密度纖維電池的製備”—一件纖維電池編織成的衣服產生的電量，可以把10部手機填滿。

但因為電池要緊貼皮膚，電池的安全性問題提了出來。

後來，彭慧勝教授觀察到，爬山虎可以分泌一種具有良好浸潤性的液體，從而緊密纏繞在另一根植物藤蔓上。他受此啟發，設計了具有多層次網路孔道和取向孔道的纖維電極，最終實現了高儲能與高安全性的兼得。

圖 | 爬山虎的生物特性

今年4月24日，彭慧勝教授以《基於高分子凝膠電解質的高效能纖維電池》為題撰寫的論文，被髮布在《自然》（Nature）主刊上。

彭慧勝教授希望能與業界加強合作，邀請專業廠商參與打造生產線，進一步提升新型纖維鋰離子電池效能，同時降低成本，推動纖維電池的廣泛應用。

簡潔來說，就是希望能把柔性纖維電池技術，從實驗室移到產業線上，去進行規模化生產和試錯。

到了這一步實現時，大眾的“充電寶自由”才有望真正實現。