随着智能手表、电子皮肤、医疗监测贴片等贴身电子设备的普及,人们对柔性储能器件的需求日益迫切。水性纤维电池因本质安全、成本低廉和环境友好,被认为是下一代可穿戴电子的理想电源。然而,一个长期存在的矛盾使其陷入应用困境:传统纤维电池依赖预先涂覆活性材料的纤维电极,大量体积被粘结剂、导电剂等非活性组分占据,导致体积能量密度长期低于100 Wh/L——仅为商用锂离子电池的四分之一。更棘手的是,若为提高能量密度而增加涂层厚度,电极又会出现开裂、分层和柔韧性急剧下降的问题。如何在“高能量密度”与“机械柔韧性”这对固有矛盾中取得突破,成为该领域悬而未决的核心难题。
复旦大学彭慧胜院士团队王兵杰研究员、赵琛研究员提出一种基于动态沉积化学的“无电极”纤维电池(AELFB),将活性物质直接溶解于电解液中,彻底摒弃了传统预涂覆电极。这一设计令活性材料在充放电过程中按需在集流体表面可逆沉积/溶解,极大提升了空间利用率。最终,该电池以130微米的超细直径实现了612 Wh/L的体积能量密度,动态刚度较传统纤维电池降低了三个数量级(30 N/m),成功兼容了高储能与超柔韧两大特性。
相关论文以“An Electrode-Less Fiber Battery With 600 Wh/L-Level Volumetric Energy Density Enabled by Dynamic Deposition Chemistry”为题,发表在《Advanced Materials(先进材料)》上。
这项研究开创了纤维电池设计的全新范式:利用动态沉积化学构建的无电极架构,成功解耦了体积能量密度与机械柔韧性之间的长期矛盾。通过电解液的精准调控和沉积机制的优化,该电池在612 Wh/L的高能量密度下,同时实现了130微米超细直径、30 N/m超低动态刚度和800次以上的高倍率稳定循环。这一策略不仅为开发安全、高能的柔性电源提供了全新思路,更展现了“无电极”构型作为通用设计平台的潜力,有望通过纺织和编织工艺真正融入衣物,推动可穿戴电子迈向“无所不在”的未来。





