先來(lái)看看上邊的這張圖。

看起來(lái)，這似乎是一個(gè)外部裹了電線的潛艇模型，但實(shí)際上，這些像棉線一樣纏繞在外部的物體其實(shí)是一種超長(zhǎng)纖維形式的可充電鋰離子電池。

這種電池不僅防水，而且極具可塑性，甚至像圖中那樣，可以編織成織物。有了這種電池，人類對(duì)于電子設(shè)備的想象力又將被進(jìn)一步拓寬，各種可穿戴電子設(shè)備都會(huì)成為可能，將其用于3D打印，甚至可以用來(lái)制造幾乎任何形狀的電池，例如可以像普通衣服一樣穿著的自供電通信設(shè)備、傳感器和計(jì)算設(shè)備。

更有趣的事，這一電池的生產(chǎn)不受長(zhǎng)度的限制。為了證明這一點(diǎn)，該電池技術(shù)背后的MIT研發(fā)團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了世界上最長(zhǎng)的柔性纖維電池，長(zhǎng) 140 米，以證明該材料可以制造成任意長(zhǎng)的長(zhǎng)度，此外，目前這一140米長(zhǎng)的電池已經(jīng)可以為智能手機(jī)和手表獨(dú)立充電了。

這項(xiàng)研究12月20日在“今日材料（Materialstoday）”雜志上發(fā)布。麻省理工學(xué)院博士后 Tural Khudiyev（現(xiàn)為新加坡國(guó)立大學(xué)助理教授）、前麻省理工學(xué)院博士后 Jung Tae Lee（現(xiàn)為慶熙大學(xué)教授）和 Benjamin Grena SM "13, Ph.D. "17是該論文的主要作者。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702121004077?via%3Dihub

這一研究有什么開(kāi)創(chuàng)性？

包括該團(tuán)隊(duì)成員在內(nèi)的研究人員此前已經(jīng)發(fā)布過(guò)包含多種電子元件（比如發(fā)光二極管 (LED)、光電傳感器、通信和數(shù)字系統(tǒng)）的纖維電池，過(guò)往這些纖維電池雖然也可塑可以清洗，但都依賴于外部電源。 最新的這一纖維電池已經(jīng)可以使此類設(shè)備完全獨(dú)立運(yùn)行了。

研究組將該纖維電池剪斷后，依然不影響為電子設(shè)備的供電

Khudiyev 稱，雖然很多研究組都試圖制造纖維形式的電池，但這些電池的結(jié)構(gòu)是在纖維外部使用關(guān)鍵材料，而MIT團(tuán)隊(duì)的研究將鋰和其他材料嵌入纖維內(nèi)部，并帶有保護(hù)性外部涂層，從而直接使版本穩(wěn)定防水。他說(shuō)，這是長(zhǎng)纖維電池的首次演示，該電池足夠長(zhǎng)且非常耐用，可用于實(shí)際場(chǎng)景中。

MIT研究組稱，能夠制造出 140 米長(zhǎng)的纖維電池這一事實(shí)表明，“長(zhǎng)度沒(méi)有明顯的上限，我們絕對(duì)可以做到千米級(jí)長(zhǎng)度。”使用新型光纖電池的演示設(shè)備集成了“Li-Fi”通信系統(tǒng)——使用了光脈沖傳輸數(shù)據(jù)，并包括麥克風(fēng)、前置放大器、晶體管和二極管，以在兩者之間建立光學(xué)數(shù)據(jù)鏈路兩個(gè)機(jī)織織物裝置。

“將活性材料嵌入纖維中，意味著這類敏感的電池組件已經(jīng)具有良好的密封性?！?/p>

Khudiyev 還表示，“所有活性材料都非常好地集成在一起，因此它們?cè)诶p繞、編織過(guò)程中不會(huì)改變位置”。此外，由此產(chǎn)生的纖維電池更薄、更靈活，產(chǎn)生的縱橫比，即長(zhǎng)寬比，高達(dá)一百萬(wàn)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他設(shè)計(jì)，也使得使用標(biāo)準(zhǔn)編織設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建包含電池和電子系統(tǒng)的織物。

這種電池有啥用？

研究顯示，目前這一140 米光纖的儲(chǔ)能容量已經(jīng)可以達(dá)到 123 毫安，且能夠?yàn)橹悄苁直砘蚴謾C(jī)充電了。 纖維裝置的厚度只有幾百微米，比以往任何以纖維形式生產(chǎn)電池的嘗試都要薄。

“這種方法的好處在于我們可以在單個(gè)光纖中嵌入多個(gè)設(shè)備，”Lee 說(shuō)，“與需要集成多個(gè)光纖設(shè)備的其他方法不同。”研究組還展示了 LED 和鋰離子電池在單根光纖中的集成，稱未來(lái)在如此小的空間內(nèi)可以組合三四個(gè)以上的設(shè)備。“將這些包含多設(shè)備的光纖集成在一起，或?qū)⑼苿?dòng)緊湊型織物計(jì)算機(jī)的實(shí)現(xiàn)?！?/p>

除了可以編織成二維織物的單個(gè)一維纖維外，該材料還可以用于 3D 打印或定制形狀系統(tǒng)以創(chuàng)建固體物體，例如可以提供結(jié)構(gòu)的外殼設(shè)備及其電源。文章開(kāi)頭的圖中可以看出這種能力的應(yīng)用場(chǎng)景：一艘玩具潛艇用電池纖維包裹起來(lái)，以為其提供動(dòng)力。將電源整合到此類設(shè)備的結(jié)構(gòu)中可以降低整體重量，從而提高它們可以實(shí)現(xiàn)的效率和范圍。

“這是纖維電池設(shè)備的首次 3D 打印，”Khudiyev 說(shuō)。他說(shuō)，“如果你想通過(guò)包含電池裝置的3D 打印制造復(fù)雜的物體”，這是首個(gè)可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的系統(tǒng)?！按蛴『螅悴恍枰砑尤魏纹渌麞|西，因?yàn)橐磺卸荚诶w維內(nèi)部，所有金屬，所有活性材料都被包裹起來(lái)了。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)申請(qǐng)了該工藝的專利，并繼續(xù)開(kāi)發(fā)功率容量和用于提高效率的材料變化的進(jìn)一步改進(jìn)。Khudiyev 說(shuō)，這種纖維電池可以在幾年內(nèi)完成商用轉(zhuǎn)化。

相關(guān)素材：

https://techxplore.com/news/2021-12-world-longest-flexible-fiber-battery.html

https://www.researchgate.net/publication/346357635_Flexible_Aqueous_Lithium-ion_Batteries_with_Ultrahigh_Areal_Capacity_and_Long_Cycle_Life

本文來(lái)自微信公眾號(hào) “大數(shù)據(jù)文摘”（ID：BigDataDigest），作者：Mickey，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。