这款潜艇无人机由缠绕在其表面的20米长的光纤电池供电。功劳:图拉尔·库迪耶夫，郑泰利，本杰明·格雷纳，约埃尔·芬克等研究人员开发了一种可充电锂离子电池，其形式是一种可以编织成织物的超长纤维。这种电池可以实现各种各样的可穿戴电子设备，甚至可以用来制造几乎任何形状的3D打印电池。研究人员设想了自供电通信、传感和计算设备的新可能性，这些设备可以像普通衣服一样穿着，其电池也可以兼作结构部件。
作为概念证明，新电池技术背后的团队已经生产出世界上最长的柔性纤维电池，长140米，以证明这种材料可以制造成任意长的长度。这项工作今天发表在《今日材料》杂志上。麻省理工学院博士后Tural Khudiyev(现为新加坡国立大学助理教授)、前麻省理工学院博士后Jung Tae Lee(现为庆熙大学教授)和Benjamin Grena SM '13，博士' 17(现为苹果)是该论文的主要作者。其他合著者包括麻省理工学院教授约埃尔·芬克、居里和约翰·乔安普洛斯，以及麻省理工学院和其他地方的七位教授。
包括该团队成员在内的研究人员此前已经展示了包含多种电子元件的光纤，包括发光二极管、光电传感器、通信和数字系统。其中许多是可织可洗的，这使得它们在可穿戴产品中具有实用性，但迄今为止，所有这些产品都依赖于外部电源。现在，这种纤维电池，也是可织可洗的，可以使这种设备完全自给自足。
这种新型纤维电池采用新型电池凝胶和标准拉丝系统制造，拉丝系统从一个包含所有成分的大圆筒开始，然后将其加热到熔点以下。材料通过一个狭窄的开口抽出，将所有零件压缩到其原始直径的一小部分，同时保持所有零件的原始排列。
由于凝胶电极和凝胶电解质，热拉伸纤维电池(右)具有耐火性，而含有液体电解质的对照纤维电池(左)会立即着火并膨胀。信用:麻省理工学院虽然其他人试图制造纤维形式的电池，Khudiyev说，这些电池是由纤维外部的关键材料构成的，而这个系统将锂和其他材料嵌入纤维内部，外面有一层保护涂层，从而直接使这个版本稳定和防水。他说，这是亚千米长的纤维电池的首次展示，这种电池既足够长，又非常耐用，可以用于实际应用。
事实上，他们能够制造140米长的光纤电池，这表明“长度没有明显的上限。我们绝对可以做一千米尺度的长度，”他说。一个使用新型光纤电池的演示设备包含了一个“Li-Fi”通信系统，其中光脉冲用于传输数据，并包括麦克风、前置放大器、晶体管和二极管，以在两个织物设备之间建立光学数据链路。
“当我们将活性材料嵌入纤维内部时，这意味着敏感的电池组件已经有了很好的密封性，”Khudiyev说，“所有的活性材料都集成得非常好，所以它们在拉伸过程中不会改变位置”。此外，由此产生的纤维电池更薄、更灵活，长宽比高达100万，远远超过其他设计，这使得使用标准编织设备来制造包含电池和电子系统的织物变得切实可行。
他说，目前生产的140米长的光纤具有123毫安时的储能能力，可以为智能手表或手机充电。这种纤维装置的厚度只有几百微米，比以前生产纤维电池的任何尝试都要薄。
“我们方法的妙处在于，我们可以在单根光纤中嵌入多个器件，”李说，“这与其他需要集成多个光纤器件的方法不同。“他们展示了LED和锂离子电池在单根光纤中的集成，他相信未来在如此小的空间内可以组合三四个以上的设备。”当我们整合这些包含多种设备的纤维时，这种聚合将推动紧凑型织物计算机的实现。"
即使在部分切割后，光纤电池仍继续为发光二极管供电，这表明光纤电池系统没有电解液损失和短路。信用:麻省理工学院除了可以编织成二维织物的单个一维纤维之外，这种材料还可以用于3D打印或定制形状系统，以创建固体物体，例如可以提供设备结构和电源的外壳。为了证明这种能力，一艘玩具潜艇被电池纤维包裹，为其提供动力。将电源集成到这种设备的结构中可以减轻整体重量，从而提高效率和范围。
“这是纤维电池设备的第一次3D打印，”Khudiyev说。“如果你想通过集成电池设备的3D打印来制造复杂的物体”，他说，这是第一个能够实现这一目标的系统。“打印后，您不需要添加任何其他东西，因为所有的东西都已经在纤维内部了，所有的金属，所有的活性材料。只是一步印刷。这是第一次。”
他说，这意味着现在“计算单元可以放在日常物品中，包括Li-Fi。”
该团队已经申请了该工艺的专利，并继续开发用于提高效率的功率容量和材料变化的进一步改进。Khudiyev说，这种纤维电池可以在几年内准备好用于商业产品。
这项研究得到了国家科学基金会麻省理工学院MRSEC项目、美国陆军研究实验室士兵纳米技术研究所、国家科学基金会研究生研究奖学金项目和韩国国家研究基金会的支持。
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