灵活燃料电池的发展受到刚性组件和对压力封装以及燃料密封的严格要求的阻碍。在这里，我们报道了一种自适应内部压力封装策略，利用了包裹在甲醇中的明胶基质中的编织棉纤维的动态膨胀行为。这种策略实现了界面自强化和压力调节的同时，可以制造出纤维形直接甲醇燃料电池。这些灵活电池在-22℃至70℃的宽温度范围内运行，展现了可切割性、耐水性和快速加油能力，而且完全加满燃料只需要1分钟。此外，即使经受了2,000次连续弯曲循环，这些燃料电池仍保持一致的放电性能。具有161.36 Wh kg^-1的能量密度，这些纤维形直接甲醇燃料电池超越了典型纤维基电源系统的能量密度。这项技术减轻了与将燃料电池或燃料电池堆应用于为高能量灵活设备供电所涉及的许多技术挑战。

1.自适应内压封装：

利用包裹在凝胶基质中的棉纱在甲醇中的动态膨胀行为，实现界面自增强和压力调控，无需传统的外置端板和紧固件即可保证各层之间的紧密接触。

2.凝胶-棉纱协同结构：

通过紫外光聚合形成具有协同交联网络的凝胶，与棉纤维复合后，既保留了棉纤维的毛细吸液能力，又获得了高溶胀率（>130%）和优异的甲醇阻隔性能（甲醇渗透率降低71.3%）。

3.极端环境适应性：

可在-22°C至70°C 的宽温区工作，具备可裁剪、防水、耐穿刺特性，即使被切断，两段仍能独立供电。

能量密度：161.36 Wh/kg，超越典型的纤维状锂电池和锌空电池

快速加注：16 cm长的纤维在 51秒内即可完成燃料加注

机械耐久性：经过 2000次连续弯折后放电性能保持稳定

堆叠集成：可编织成织物或集成柔性电源模块，驱动玩具车等设备

这种纤维状燃料电池兼具高能量密度、快速补能和极端环境适应性，非常适合：

• 可穿戴电子设备供电

• 户外极端环境下的便携能源

• 智能织物与柔性电子系统

图1.a，外部压力封装的示意图利用端板将夹紧力向内传递，从而确保元件界面的最佳接触。b、FDMFC内部压力封装机制及电化学反应的示意图。FDMFC采用的内部压力封装策略有效利用Yarn@gels产生的膨胀力，该膨胀力从中心径向向外传播，确保元件界面间的最佳接触。c， 编入燃料电池堆肥中以供负载供电的柔性FDMFC示意图。d、FDMFC的柔性、可切割和可加注性能示意图。

图2.a，Yarn@gels结构示意图。b、扫描电子显微镜横截面图，显示Yarn@gel的层级结构，由棉纤维和凝胶层组成。c，放大扫描电子显微镜对凝胶层的图像，显示聚合物凝胶在纤维表面的均匀且均匀的覆盖。d、FDMFC纱线、Yarn@gel及横截面照片。e，25°C华氏时水和甲醇中PDMA、PEA和PAM的膨胀比，Nafion 212膜和Gel–Nafion 212复合膜的甲醇渗透率，后者由一层厚达100微米的凝胶层覆盖在Nafion膜一侧。测试舱内的甲醇浓度在30°C.g下持续监测，采用纱线的静电能和范德华能量，并Yarn@gels甲醇分子。h，单调拉应力和Yarn@gels应变介于−20°C至70°C之间（应变率，最小50毫米）−1).i， 循环弯曲下Yarn@gels的机械耐久性评估。循环载荷后峰值应力和应变的量化。j，在收集基底25°C下受控剥皮测试中，5厘米长Yarn@gels和纯纱线的力-位移曲线（应变率，每分钟50毫米）−1).e、f和h中的数据表示为独立复制的均值±一个标准差（n=3）。

图3.a， 含有纱线的FDMFC示意图。加入甲醇溶液后，由于纱线膨胀能力有限，组件间的间隙依然存在。b，c，含纱线的FDMFC中的应力分布（b）和甲醇分布（c）。d，包含Yarn@gel的FDMFC示意图。引入高度膨胀的熔Yarn@gels有效消除了燃料电池组件之间的间隙。e，f，Yarn@gels含压阻传感器的FDMFC中的应力分布（e）和甲醇分布（f）。g，含有Yarn@gels的FDMFC内薄膜压力传感器在25°C.h下测量的电阻和压力（以12M甲醇为燃料），FDMFC使用压阻传感器监测压力示意图，以及FDMFC的横截面视图。Yarn@gels产生的内部膨胀力与尼龙网对抗力协同作用，使组件间界面接触压力提升至0.3兆帕。i， 燃料电池在不同封装压力下的电阻。j， 过势分析的数值模拟。非加压封装（NPE）-FDMFC的阴极损耗和欧姆损耗高于内部压力封装（IPE）-FDMFC的损失，这可归因于甲醇高渗透率和界面阻抗损耗，因界面接触不足导致的电极损耗。k，25°C下，采用12-M甲醇燃料的FDMFC的极化和功率密度曲

图4.a，FDMFC在不同温度（从−22°C到70°C）下的偏振和功率密度曲线。b，FDMFC在不同角度（0°至180°）弯曲时的峰值功率密度。c、涉及连续弯曲和同时放电、负载电流为2毫安的FDMFC疲劳测试。d、演示FDMFC的安全切割性及其通过四个燃料电池段组成的堆栈为电子钟供电的能力。e，FDMFC堆叠为灯具供电的照片，该组由两个串联连接的单元单元组成，木制牙签穿透单元格并喷洒水面。f， 不同能源设备的能量密度、功率密度和充电时间比较。

图5.a， 一组由16厘米长FDMFC编织成网格的FDMFC堆叠照片。b、1米长线性FDMFC栈的照片。c、网格和线性FDMFC堆栈的功率密度和偏振曲线。d、FDMFC的电压保持率（在200毫安负载下100次加注和放电循环）。e，FDMFC在服装中的应用照片，展示了其耐弯曲、扭转和滚动的能力。