中科院苏州纳米所张其冲团队：原位聚合物凝胶电解质助力纤维锂电池规模化应用

中科院苏州纳米所张其冲团队：原位聚合物凝胶电解质助力纤维锂电池规模化应用

随着电子纺织品的快速发展，可穿戴设备对储能设备的需求日益迫切。传统的刚性、笨重的平面供电系统存在诸多问题，而纤维锂离子电池（FLB）作为理想的电源解决方案，引起了人们的极大兴趣。近日，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张其冲团队在《纳微快报(英文)》上发表论文，提出了一种通用通道结构设计策略，利用原位聚合技术，形成紧密的界面兼容性并改善离子传输。

电子纺织品的蓬勃发展促使可穿戴产品日益多样化，对相应储能设备的需求也日益迫切。值得注意的是，传统的刚性、笨重的平面供电系统极大地影响了它们的透气性、轻量化和实际应用。因此，开发新型高性能柔性储能设备至关重要。纤维锂离子电池(FLB)作为理想的电源解决方案，引起了人们的极大兴趣。

已知的液体电解质纤维储能装置具有高离子电导率和良好的电极/电解质界面。然而，界面稳定性差不仅会降低FLB性能，还可能存在泄漏、易燃和密封安全问题，影响其规模化应用。相比之下，准固态电解质比液体电解质更安全，并表现出更高的柔韧性和机械强度。

为了有效应对这些挑战，近日，彭慧胜教授团队提出了一种通用通道结构设计策略，利用原位聚合技术，形成紧密的界面兼容性并改善离子传输。所得FLB可以编织成不同尺寸的供电纺织品，提供128 Wh kg⁻1的高能量密度输出，同时在恶劣条件下也表现出良好的耐用性。这种有前途的策略拓展了使用特定聚合物凝胶电解质开发FLB的视野，并大大加深了对可扩展可穿戴能源纺织系统走向可持续未来的理解。

尽管FLB取得了巨大的成就，但在开发所需电池性能、环境可持续性和设备组装方面，凝胶聚合物电解质的选择也应科学地加以评估。在此基础上，提出并展望了电解质未来拟发展方向：

(i)对凝胶电解质的深入研究。聚合机理、单体利用率、产生的空隙、膨胀、分解和残留物等问题仍有待克服，否则会降低电池性能。不仅配方需要精心优化，聚合物链和凝胶电解质的结构设计也需要仔细考虑。彻底了解这些方面可以为指导设计电荷转移快、副反应少、稳定性高、性能增强的聚合物凝胶电解质铺平道路；

(ii)机器学习辅助设计聚合物凝胶电解质。尽管已经取得了重大的实验进展，但具有聚合物凝胶电解质的FLB是一个复杂的系统，需要多种预测工具，如深度学习算法、人工智能，以探索最佳的电池性能和相应的凝胶电解质。这些进步可以有效地减少时间和成本，从而实现更高效、更耐用的储能系统；

(iii)环境与性能的平衡。环境可持续性与性能之间的权衡有利于可持续循环。寻找更可生物降解的电解质是解决环境问题的一种有前途的方法。此外，回收策略等其他努力也是必不可少的，这将最大限度地减少浪费和环境污染，推动储能的绿色未来。

此外，优质的聚合物凝胶电解质在用作可穿戴电源时为FLB带来了无限的可能性。它可以与各种传感器设备或可穿戴电子设备组装在一起。电压或功耗匹配、外部电路设计、无线通讯、硬件连接接口等集成需要精确定制。所有上述努力将有助于更可持续的可穿戴电池技术和环境友好的未来。

本文原文发表于Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》，该期刊是上海交通大学主办的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章。