在國家自然科學(xué)基金委（資助號20904006、91027025、21225417）等項目的資助下，復(fù)旦大學(xué)彭教授課題組在高性能纖維狀新能源高分子復(fù)合材料和器件領(lǐng)域取得了一系列重要突破，這些成果適應(yīng)于現(xiàn)代電子技術(shù)微型化、集成化和柔性化的發(fā)展要求。

他們以具有優(yōu)異力學(xué)和電學(xué)性能的取向碳納米管和高分子/取向碳納米管復(fù)合纖維為電極，發(fā)展出新型纖維狀太陽能電池、超級電容器和鋰離子電池，提出并發(fā)展了可以同時實現(xiàn)利用太陽能通過光電轉(zhuǎn)換發(fā)電和利用該復(fù)合體系儲存電能的纖維狀集成器件。與傳統(tǒng)的平面狀能源器件相比，直徑在微米尺度的纖維狀太陽能器件具有質(zhì)量更輕、柔性更好、集成性更強等優(yōu)勢，更為獨特的是可以通過紡織技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模、低成本制造，便于應(yīng)用。

基于該課題組在高分子/碳納米管復(fù)合纖維材料研究方面的積累和基礎(chǔ)，他們以取向碳納米管復(fù)合纖維或高分子基復(fù)合纖維為電極，對兩個纖維電極進(jìn)行纏繞，分別發(fā)展出纖維狀染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池。發(fā)現(xiàn)新型纖維電極具有三維躍遷導(dǎo)電模式，可以有效促進(jìn)電荷的快速分離和傳輸，從而獲得高效率的太陽能電池。他們設(shè)計的高度均勻取向碳管纖維確保高效率的電荷傳輸，比目前文獻(xiàn)已有的其他工作更有效。經(jīng)第三方認(rèn)證，他們發(fā)展的纖維狀太陽能電池其光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到8.45%。這是目前文獻(xiàn)纖維狀太陽能電池的最高效率。在此基礎(chǔ)上，他們還提出并發(fā)展了具有彈性的纖維狀染料敏化太陽能電池和聚合物太陽能電池，能滿足柔性電子學(xué)的發(fā)展要求。

精細(xì)納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維電極具有比表面積高和電學(xué)性能優(yōu)異等特點，可以同時作為超級電容器和鋰離子電池的活性物質(zhì)和集流體。彭慧勝課題組把包裹電解液的高分子復(fù)合纖維相互纏繞可直接制備纖維狀儲能器件，并通過復(fù)合導(dǎo)電聚合物或者金屬氧化物等有效提高纖維狀器件的電化學(xué)性能。另外，為了滿足纖維狀器件在集成和編織過程中可拉伸的要求，他們又把彈性高分子纖維與取向碳納米薄膜復(fù)合，提出并發(fā)展了可拉伸纖維狀超級電容器和鋰離子電池。論文發(fā)表后（Angew. Chem. Int. Ed.2013, 52, 13453），《自然》以“儲能彈性纖維”為題進(jìn)行了專門報道（Nature，2013, 504, 10）；2013年12月美國材料研究學(xué)會在其官方主頁以頭版頭條進(jìn)行了專題報道。可拉伸鋰離子電池的代表性工作（Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.201402388），被《自然》以“可拉伸鋰離子電池織物”為題進(jìn)行了專門報道（Nature，2014, 510, 314）。

為了進(jìn)一步滿足微電子產(chǎn)品高度集成化和微型化的發(fā)展要求，彭教授課題組在纖維狀太陽能電池和超級電容器的研究基礎(chǔ)上，提出并發(fā)展了纖維狀光電轉(zhuǎn)換與儲能集成器件。在典型的纖維狀集成器件中，光電轉(zhuǎn)換和能量存儲單元共享纖維電極，其中纖維電極的一端涂有光電轉(zhuǎn)換活性物質(zhì)，另一端涂有電化學(xué)儲能材料，通過簡單且低成本的方法，在一根纖維上同時實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和儲能（Angew. Chem. Int. Ed.2012, 51, 11977），在全纖維狀能源系統(tǒng)邁出了關(guān)鍵一步，為發(fā)展下一代光伏器件指出了富有前景的新方向。

圖1 太陽能電池和超級電容器集成器件示意圖

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