导语:只需要把手机放入包包的塑料口袋里,手机也能自动开始充电。
寒冷的冬日,如果一条围巾能保暖还能为手机充电,是不是很赞。围巾的秘密里,其实是植入了“柔性电池”技术。
日前,在B站举办的“2024年超级科学晚”上,来自天津大学材料科学与工程学院的钟澄教授,向全网观众展示了柔性电池技术的最新应用。“万物皆可充电宝”不再是梦,但要完全实现“一机走天下”,还得再耐心等等相关技术,从实验室走进生产线。
01 柔性电池,让万物皆可充电零
只要连结充电线,围巾就能为手机充上电,“一布两用”。
二次元爱好者们喜欢的痛包,只需要把手机放入包包的塑料口袋里,手机也能自动开始充电。
如果连包都懒得背,只需要把手机放入随身穿的马甲衣服里,也能充电。除了手机外,耳机、手表,也都同样操作。
在B站科学晚大会上,钟澄教授做的这三个演示,一下子就抓住了对“电量焦虑”有着强大共鸣的现场观众。
图 | 手机放在马甲口袋里就能充电
大家期待:在家里充电宝越买越多、共享充电宝成为“充电杀手”的当下,围巾、衣服都能来充电,能革掉充电宝的命。
这个愿望是可行的,不过可能还需要等等。打开万能的 *** ,至少目前还没有哪个商家直接把“充电围巾”拿出来卖,也没有其它相关消费级产品。
从目前的权威发布来看,这些新的“充电器”还在路上。柔性电池要大规模应用,还需要解决一些技术难关。
先来科普一下。
所谓“柔性电池”,是指一种具有一定柔韧性和可弯曲性的电池,能够在一定程度上承受弯曲、扭曲或拉伸而不损坏其内部结构。
钟澄教授解释了柔性电池的“柔软秘密”,在于材料的革新与结构的优化。
它与传统电池相似,主要通过正负极之间的电化学过程来存储电能。但与传统的刚性电池有一个极大的不同,它的正负极使用了柔软的材料,而电解质则采用了同样具有柔性的半固态或固态材料。
正是这种特殊的柔性材料,让柔性电池能够应对各种复杂的环境和形状。
它可以像一张纸一样被折叠起来,也可以像一根线一样被卷曲起来。这种灵活性不仅让电池更加适应各种设备的形状和尺寸需求,还提高了电池的可靠性和耐用性。
也正因为柔性电池的柔韧性和可弯曲性,所以它能与衣服、包包等“集成”,适应不同形状的表面。
图 | 能充电的围巾
02 柔性电池,待从实验室走入生产线
了解柔性电池,有两个人值得关注。
一位是芬兰籍华裔科学家张霞昌博士?,他有“纸电池之父”之称。另一位是中国科学院院士、复旦大学高分子科学系和纤维电子材料与器件研究院教授彭慧胜,他主要带领团队研究的是“柔性纤维电池”。
张霞昌博士?祖籍宁波北仑,出生在上海,曾在现在的华东理工大学就读。1989年赴芬兰赫尔辛基工业大学攻读生物技术博士学位。
他更先研究的是生物燃料电池,但由于电池造价较贵,难以打开市场,张霞昌博士和团队果断转向“薄型柔性纸质电池”。
纸质电池是柔性电池的一种。
其核心特点是用纸张作为基底材料,而柔性电池的基底不局限于纸张,可以是塑料、金属箔等多种材料。
2006年,张霞昌博士和团队开发的薄型柔性纸质电池,率先在全世界研制成功,曾被《时代》周刊评为2006年八大更佳创新技术之一?。张霞昌博士也因而成了柔性电池界的代表人物。
现在,张霞昌博士的相关研究成功在产业界、消费界已经有了一定应用,包括医疗、医美、智能包装等领域。
另一位代表人物,是来自复旦大学的彭慧胜教授,他主攻的是“柔性纤维电池”,多了“纤维”两个字。
图 | 柔性纤维电池的示意图
柔性纤维电池也是柔性电池的一种特殊形式。它的一大特点是与纺织行业具有高度的兼容性,可以作为功能性纱线,直接“织入”纺织品中,所以它在纺织行业中的应用前景广阔。
柔性纤维电池曾面临三个课题,分别是:是否可以通过设计纤维结构获得柔软的锂离子电池?如何制备高能量密度的纤维锂离子电池?怎样实现高安全性纤维锂离子电池?
之一个问题经过研究已经解决。后面两个,如何让柔性纤维电池,同时具备“高能量密度”和“高安全性”,是攻克难关。
直到今年4月,权威媒体报道,彭慧胜教授带领团队成功走通了柔性纤维电池研发的“最后一公里”——即实现了“高安全性”和“高储能性能纤维电池”的规模制备。
具体而言,早在2021年,彭慧胜教授方面称,团队已实现了“高能量密度纤维电池的制备”—一件纤维电池编织成的衣服产生的电量,可以把10部手机填满。
但因为电池要紧贴皮肤,电池的安全性问题提了出来。
后来,彭慧胜教授观察到,爬山虎可以分泌一种具有良好浸润性的液体,从而紧密缠绕在另一根植物藤蔓上。他受此启发,设计了具有多层次 *** 孔道和取向孔道的纤维电极,最终实现了高储能与高安全性的兼得。
图 | 爬山虎的生物特性
今年4月24日,彭慧胜教授以《基于高分子凝胶电解质的高性能纤维电池》为题撰写的论文,被发布在《自然》(Nature)主刊上。
彭慧胜教授希望能与业界加强合作,邀请专业厂商参与打造生产线,进一步提升新型纤维锂离子电池性能,同时降低成本,推动纤维电池的广泛应用。
简洁来说,就是希望能把柔性纤维电池技术,从实验室移到产业线上,去进行规模化生产和试错。
到了这一步实现时,大众的“充电宝自由”才有望真正实现。
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