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美国科学家研发“木制电解质” 具有创纪录导电性

来源:【拓尔德TRD】 发布日期:2022-01-03 分享 加入收藏 关注:6

如今的锂离子电池通常使用液体电解质在两个电极之间携带离子,但着眼于固体替代品的科学家们近期看到了一些令人兴奋的机遇。其中一项新研究的编辑使用从木材中提取的纤维素作为固体电解质的基础,这种固体电解质像纸相同薄,可以在电池循环时弯曲以吸取压力。


如今锂离子电池中使用的电解质的一个缺点是,它们含有挥发性液体,假如设备短路,就有起火的风险,并且会促进被称为枝晶的形成,从而影响性能。与此同时,固体电解质可以由非易燃材料制成,使设备不容易形成枝晶,并可能围绕电池结构开启全新的可能性。


其中一种可能性与阳极有关,它是两个电极中的一个,在今天的电池中,它是由石墨和铜混合制成的。一些科学家认为,固体电解质是使电池用纯金属锂制成的阳极工作的关键垫脚石,这可能有助于打破能量密度瓶颈,并使电动汽车和飞机在不充电的情况下行驶得更远。


到目前为止,许多固体电解质都是由陶瓷材料制成的,陶瓷材料在导电离子方面非常有效,但由于其脆性,在充电和放电期间并不能很好地承受压力。布朗大学(BrownUniversity)和马里兰大学(UniversityofMaryland)的科学家们寻找了一种替代方法,并以木材中发现的纤维素纳米纤维为起点。


这些木材制成的聚合物管与铜结合,形成了固体离子导体,其导电性与陶瓷类似,比其他聚合物离子导体好10到100倍。根据研究小组的说法,这是因为铜的加入在纤维素聚合物链之间形成了“离子高速公路”的空间,这使得锂离子能以创纪录的效率移动。


“通过将铜与一维纤维素纳米纤维结合,大家证明了通常离子绝缘的纤维素在聚合物链中供应了更快的锂离子传输,”研究编辑LiangbingHu说,“事实上,大家发现这种离子导体在所有固体聚合物电解质中实现了创纪录的高离子电导率。”


由于这种材料像纸相同薄且有弹性,科学家们相信它能更好地承受电池循环时的压力。他们还说,它具有电化学稳定性,可以容纳锂金属阳极和高压阴极,或者可以作为一种粘结材料,在高密度电池中封装超厚的阴极。


研究人员表示,“锂离子通过大家通常在无机陶瓷中发现的机制在有机固体电解质中移动,使离子电导率达到创纪录的高水平。使用自然供应的材料将减少电池制造对大家环境的整体影响。”这项研究已于近期发表在了《自然》杂志上。


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