復旦大學先進材料實驗室、高分子科學系彭慧勝教授課題組最近成功研制出一種新型能源器件——取向碳納米管纖維，使研發(fā)完全纖維狀的“能源系統(tǒng)邁出了關(guān)鍵的一步”。基于這一技術(shù)制造的新型太陽能纖維電池，使人類隨時隨地、高效使用太陽能這種清潔能源的夢想有望成為現(xiàn)實。

彭慧勝教授的團隊新研制出的這種新型、柔性的纖維狀能源集成器件，可以制成一根根像頭發(fā)絲一樣細的纖維狀太陽能電池，其直徑只有60-100微米（1毫米=1000微米）。纖維狀，意味著可以把它們像普通化學纖維一樣編織成衣服、褲子等紡織品，這樣這些衣褲，整體就成了一塊大太陽能電池，并實現(xiàn)自身“發(fā)電”。

神奇的是，與現(xiàn)有的太陽能電池不同，彭教授的研制的這種新型太陽能纖維電池，還實現(xiàn)了在將太陽光轉(zhuǎn)換成電能的同時，把這些能量儲存起來，而不需要外接其他蓄電池或儲能設(shè)備。這樣即使在沒有日光、又對光電需求量更大的夜間，人們也可以隨心所欲地使用太陽光能源。

在一根纖維上實現(xiàn)既發(fā)電又儲能是彭慧勝教授課題組最為重要的原創(chuàng)性突破之一，相關(guān)研究成果已被最新一期的國際化學原創(chuàng)性研究領(lǐng)域權(quán)威期刊作為封面文章發(fā)表。而負責期刊審稿的專家們一致認為，彭慧勝課題組用一個“非常簡單和低成本的方法”，在世界范圍內(nèi)“首次在一根纖維上同時實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和儲能”，這大大提高了太陽能的利用效率，“對于全纖維狀能源系統(tǒng)邁出了關(guān)鍵一步”。

碳納米管纖維，直徑與頭發(fā)絲相當，長度可達數(shù)百米，最大的特點是很輕、很強。它的比強度和比剛度要比目前大規(guī)模使用的工程纖維材料——如尼龍鋼絲、杜邦公司的科夫拉纖維材料（kevlar）——強數(shù)倍之多。碳納米管纖維已經(jīng)在防彈衣、航空航天、醫(yī)療和體育器械等廣泛領(lǐng)域顯示重要應(yīng)用前景。

而將碳納米纖維制成太陽能電池的過程基本無污染，效率高，成本低，制作工藝相對來說也較簡單，具有大量穩(wěn)定生產(chǎn)的可能性。一般來說，制造纖維狀的太陽能電池只要經(jīng)過“紡絲”——讓碳納米管材料生長出來，如棉花紡絲一般地連續(xù)制備，“鍍膜”——將碳納米管纖維經(jīng)過特殊的溶液，從而在纖維外部鍍一層光合性材料這兩個主要工序。

使用碳納米材料制造纖維狀的新型能源器件，突破制造理念與技術(shù)的難題是彭慧勝教授課題組近年來一直重點研究領(lǐng)域的應(yīng)用性成果。而他們所從事的碳納米管及聚合物復合材料在能源領(lǐng)域的應(yīng)用研究是目前國際材料學界的一個前沿熱點。

而除了將取向碳納米管纖維成功應(yīng)用于制造太陽能電池外，不久前，彭教授課題組還成功地以這一纖維材料作為電極，研制了出新型線狀微型的超級電容器和鋰離子電池，其成果也被國際材料領(lǐng)域權(quán)威期刊以封面文章的形式發(fā)表。