纤维储能器件凭借其良好的柔韧性和灵活性，在可穿戴电子设备领域展现出广阔的应用潜力。然而，当前储能器件的多功能化仍需依赖多根纤维器件的物理集成，这在一定程度上制约了其连续化生产效率。近期，复旦大学纤维电子器件研究团队开发了“涂覆—挤出”的工业化方法，实现了纤维电极和凝胶电解质的稳定界面，构建了集成纤维电池和混合超级电容器的多功能纤维储能器件，并实现了高速连续化制备。

相较于传统的两电极纤维储能器件，包含LMO-LTP-AC三电极的设计结构能够扩展纤维储能器件的功能性，其中任意两电极连接均可以构成一种纤维储能器件。通过涂覆—挤出方法将负载活性材料的纤维电极与海藻酸钠凝胶电解质结合，实现其高速连续化制备。

图 1 多功能一体化纤维储能器件的设计与涂覆—挤出连续化构建方法的制备过程

设计具有双压力区的挤出模具，分别在高压区实现对纤维电极的压实以提高活性材料的负载量，在低压区促进电解质的浸润以实现良好的电极／电解质界面接触。利用高分子电解质的挤出胀大效应，进一步提高界面稳定性。

图 2 双压力区挤出模具的有限元模拟分析和电极／电解质界面稳定性的表征

多功能纤维储能器件同时具有纤维锂离子电池和纤维混合超级电容器的功能，并在三种工作模式下均展现出良好的充放电性能：在纤维锂离子电池功能（LMO-LTP）下，其初始比放电容量达到89.4 mAh／g；而在纤维混合超级电容器功能下，LMO-AC和LTP-AC组合分别实现了102.8 mAh／g和83.2 mAh／g的放电容量，并实现了100圈的稳定性循环和95%以上的库伦效率。通过设计八单元喷丝板，该方法实现了最高2400 m／h的制备速度。

图 3 多功能纤维储能器件的形貌与电化学性能表征

多功能纤维储能器件展现出良好的柔性、安全性、20 C的倍率性能和高功率密度，通过切换纤维混合电容器和纤维电池的工作模式，提供了一种快速充电和高容量充电的新模式。

图 4 多功能纤维储能织物的应用

相关成果以“A Novel Coating-Extrusion Method Enabled, High Energy, Power Density, and Scalable Production in Monolithically Integrated Energy Storage Fibers”为题，发表在期刊Advanced Materials上。

（来源：高分子科学前沿）