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杭榮
當(dāng)下的鋰電池通常使用的技術(shù)都是利用液體電解質(zhì)在兩個電極之間攜帶離子，但關(guān)注固體替代品的科學(xué)家們看到了一些令人興奮的機(jī)會。其中，一項新研究的研究人員們使用從木材中提取的纖維素作為這些固體電解質(zhì)之一的基礎(chǔ)。據(jù)了解，這種電解質(zhì)薄如紙，可以彎曲和屈曲進(jìn)而可以吸收電池循環(huán)的壓力。
人們現(xiàn)在使用的鋰電池的電解質(zhì)的一個缺點(diǎn)是，它們含有揮發(fā)性液體，如果設(shè)備短路就會有起火的危險并能促進(jìn)形成稱為樹枝狀的觸角狀生長進(jìn)而影響性能。與此同時，固體電解質(zhì)可以由不易燃材料制成，這樣可以讓設(shè)備不容易形成樹枝狀物并可能圍繞電池結(jié)構(gòu)開辟全新的可能性。
這些可能性之一跟陽極有關(guān)，即兩個電極之一，在今天的電池中，陽極是由石墨和銅的混合物制成。一些科學(xué)家認(rèn)為，固體電解質(zhì)是使電池用純金屬鋰制成的陽極工作的關(guān)鍵墊腳石，這可能有助于打破能量密度瓶頸并使電動汽車和飛機(jī)在不充電的情況下行駛得更遠(yuǎn)。
迄今為止開發(fā)的許多固體電解質(zhì)都是由陶瓷材料制成，這些材料在傳導(dǎo)離子方面非常有效，但由于其脆性，在充電和放電期間并不能很好地承受壓力。來自布朗大學(xué)和馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家們在尋求一種替代方法并使用木材中的纖維素納米纖維作為他們的起點(diǎn)。
這些源自木材的聚合物管通過跟銅的結(jié)合形成了一種固體離子導(dǎo)體，其導(dǎo)電性跟陶瓷相似，但卻比其他聚合物離子導(dǎo)體好10至100倍。據(jù)研究小組介紹稱，這是因為銅的加入在纖維素聚合物鏈之間形成了“離子高速公路”的空間，這使得鋰離子能以創(chuàng)紀(jì)錄的效率移動。
研究作者Liangbing Hu說道：“通過將銅跟一維纖維素納米纖維結(jié)合在一起，我們證明了通常離子絕緣的纖維素在聚合物鏈中提供了更快的鋰離子傳輸。事實上，我們發(fā)現(xiàn)這種離子導(dǎo)體在所有固體聚合物電解質(zhì)中達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的高離子傳導(dǎo)率。”
并且由于這種材料薄如紙且有彈性，科學(xué)家們認(rèn)為它將能更好地承受電池循環(huán)的壓力。他們還指出，它具有電化學(xué)穩(wěn)定性，可以容納鋰金屬陽極和高電壓陰極，或可以作為一種粘合劑材料在高密度電池中包裹超厚陰極。
研究報告的作者Yue Qi說道：“鋰離子在這種有機(jī)固體電解質(zhì)中通過我們通常在無機(jī)陶瓷中發(fā)現(xiàn)的機(jī)制移動使離子導(dǎo)電率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的高點(diǎn)。使用大自然提供的材料將減少電池制造對我們環(huán)境的整體影響。”
(原標(biāo)題：科學(xué)家利用木材打造出具有創(chuàng)紀(jì)錄導(dǎo)電性的電池電解質(zhì))
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