当前，可穿戴设备对储能单元提出高柔性、高安全与可织造等苛刻要求，纤维状电池凭借其独特的本征柔性与可织编的形态优势，被认为是未来可穿戴能源系统的理想选择。但现有液态体系面临泄漏与封装难题。全聚合物水系准固态纤维电池结合了水系电解质的高离子导电性和聚合物基体的机械稳定性，为发展安全、柔性、可织造的可穿戴能源系统提供了新思路。但该体系仍面临电化学稳定窗口窄、聚合物电极易分解以及机械形变下电极/电解质界面易失效等挑战。

  为了解决上述挑战，哈尔滨工业大学（深圳）何思斯教授等人开发了一种“限域水网络”（water-in-network，WIN）电解质设计策略，开发出高性能全聚合物水系钠离子纤维电池。该策略通过调控聚合物网络的交联密度，实现对水分子活性与动力学行为的有效调节，从而拓宽水系准固态聚合物电解质的电化学稳定窗口。针对形变下的界面失效问题，团队进一步引入预浸润原位聚合工艺，在纤维电极与电解质之间构筑机械互锁界面，提升了结构稳定性。基于上述电解质与界面协同设计，成功实现了高性能全聚合物水系钠离子纤维电池的规模化制备，并将其与纤维状化学传感器集成为可实现健康管理的智能织物化学传感系统，该系统可持续采集人体健康相关信号，在保持高透气性的同时提升长时间穿戴舒适性。该研究为聚合物调控限域水动力学、稳定电极/电解质界面以及发展安全柔性可穿戴能源系统提供了新思路。

  2026年6月2日，该工作以“Energetic All-Polymer Fiber Batteries Enabled by Interface-Interlocked Water-in-Network Electrolytes for Wearable Electronics”为题，发表在Advanced Materials上。

【内容要点】

图1，基于“WIN”电解质的ASFB设计理念与界面工程

  基于WIN水系准固态聚合物电解质构筑的全聚合物纤维电池表现出优异的综合性能。该全聚合物纤维电池由PANI聚合物电极、CNT纤维集流体和WIN聚合物电解质组成，可作为可编织电源集成到智能织物中。通过预浸润—原位固化策略，电解质前驱液能够充分浸润多孔PANI/CNT纤维电极内部，固化后形成连续、致密且具有机械互锁作用的电极–电解质界面，从而改善离子传输并提升界面稳定性。同时，WIN聚合物网络的交联结构可有效调控水活性，拓宽电化学稳定窗口。基于上述设计，该纤维电池在1 C下实现了115.5mAh/g的比容量和92.4 Wh/kg的能量密度，优于多数已报道的水系钠离子纤维电池。

图2，“WIN”电解质的限域水机制研究。

  基于谱学分析发现，WIN电解质的交联密度对其电化学稳定窗口和水分子状态具有重要影响。随着BEMA含量由0 wt%增加至3.2 wt%，WIN电解质的电化学稳定窗口由2.2 V拓宽至3.4 V；当BEMA含量进一步升高至4.8 wt%时，稳定窗口则下降至3.0 V，说明交联密度与电化学稳定性之间并非简单线性关系，而是存在最优调控区间。FTIR、拉曼光谱和LF-NMR分析进一步表明，适度交联能够削弱体相水的连续氢键网络，增强聚合物网络对水分子的限域作用，使更多水分子处于弱氢键或非氢键结合状态，从而降低其反应活性。其中，3.2 wt% BEMA样品中自由H₂O分子比例最高，且体相水信号明显减弱。相比之下，过度交联会削弱这一限域作用，导致体相水信号重新增强。

图3，ASFB的电化学性能及界面化学研究。

  进一步采用截面SEM和电化学阻抗测试证明，预浸润固化策略可使WIN电解质充分渗入PANI/CNT纤维电极内部，形成紧密、连续的电极–电解质界面，从而降低界面阻抗并改善离子传输。XPS和TOF-SIMS表征显示，WIN电解质还能诱导PANI负极表面形成以NaF等无机氟化物和含氧有机组分为主的梯度型SEI层，有助于稳定电极界面、抑制水诱导副反应并提升循环寿命。得益于稳定界面和快速离子/电荷传输，该电池在5 C高倍率下仍保持约58 mAh/g的容量，倍率恢复至1 C后容量可回升至约98 mAh/g，显示出良好的倍率性能。

图4，ASFB的连续化制备、规模化生产与机械稳定性。

  得益于聚合物电极和WIN电解质的本征柔性，ASFB能够承受弯曲、扭转、按压、打结等复杂机械变形。纤维电极在多种机械测试中电阻变化小于10%，说明其在形变过程中仍能保持良好的导电连续性。该电池在0°至180°不同弯曲角度下均可稳定充放电，并在12,000次90°反复弯折后仍保持78%的初始容量，显示出优异的柔性和长期机械耐久性。

图5，用于健康监测的ASFB织物系统集成。

  为验证实际应用，将300 cm长的ASFB编织于商业衣服侧缝，对纤维化学传感器进行供能，构建了自供电织物化学传感器系统进行健康监测。该衣服可在跑步、骑行和椭圆机训练等运动过程中，实时监测汗液中的Na?、K?、pH、乳酸、尿酸和葡萄糖等多种生理指标，并通过无线模块传输数据，为运动健康管理和预防性医疗提供参考。与传统刚性或不透气的柔性电池相比，ASFB织物电源能够保持织物的多孔结构和空气透过性，减少局部闷热和皮肤不适。该应用验证表明，全聚合物水系准固态纤维电池有望为安全、柔性、透气的可穿戴能源系统提供可规模化集成方案。

  【原文链接】

  https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.73599

【通讯作者】

何思斯教授

  哈尔滨工业大学（深圳）教授，博士生导师。2017年复旦大学高分子物理与化学专业博士毕业（导师：彭慧胜院士），毕业后先于日本冲绳科学与技术大学（合作导师：戚亚冰教授）开展博士后工作，后作为加拿大麦克马斯特大学Michael G. DeGroote 国际人才重点专项基金特聘博士后研究员（合作导师：李应福教授）在健康科学系开展工作，2021年1月加入哈尔滨工业大学（深圳）理学院，博导。研究方向为柔性可透气化学传感器和储能器件，以合作作者身份在国际专业类知名杂志上发表SCI论文共70余篇，Google Scholar 引用7000余次，H-index 45，独立建组后以通讯作者（含共同）发表论文20余篇，包括Nature Communications, National Science Review、Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition等杂志。

  课题组主页：http://www.hesisilab-hit.com/