財聯(lián)社（上海，編輯黃君芝）訊，如今的鋰離子電池通常使用液體電解質(zhì)在兩個電極之間攜帶離子，但著眼于固體替代品的科學(xué)家們近期看到了一些令人興奮的機(jī)遇。其中一項新研究的作者使用從木材中提取的纖維素作為固體電解質(zhì)的基礎(chǔ)，這種固體電解質(zhì)像紙相同薄，可以在電池循環(huán)時彎曲以吸收壓力。

如今鋰離子電池中使用的電解質(zhì)的一個缺點(diǎn)是，它們含有揮發(fā)性液體，假如設(shè)備短路，就有起火的風(fēng)險，并且會促進(jìn)被稱為枝晶的形成，從而影響性能。與此同時，固體電解質(zhì)可以由非易燃材料制成，使設(shè)備不容易形成枝晶，并可能圍繞電池結(jié)構(gòu)開啟全新的可能性。

其中一種可能性與陽極有關(guān)，它是兩個電極中的一個，在今天的電池中，它是由石墨和銅混合制成的。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)。

到目前為止，許多固體電解質(zhì)都是由陶瓷材料制成的，陶瓷材料在導(dǎo)電離子方面非常有效，但由于其脆性，在充電和放電期間并不能很好地承受壓力。布朗大學(xué)（BrownUniversity）和馬里蘭大學(xué)（UniversityofMaryland）的科學(xué)家們尋找了一種替代方法，并以木材中發(fā)現(xiàn)的纖維素納米纖維為起點(diǎn)。

這些木材制成的聚合物管與銅結(jié)合，形成了固體離子導(dǎo)體，其導(dǎo)電性與陶瓷類似，比其他聚合物離子導(dǎo)體好10到100倍。根據(jù)研究小組的說法，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。

“通過將銅與一維纖維素納米纖維結(jié)合，我們證明了通常離子絕緣的纖維素在聚合物鏈中供應(yīng)了更快的鋰離子傳輸，”研究作者LiangbingHu說，“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)中實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高離子電導(dǎo)率。”

由于這種材料像紙相同薄且有彈性，科學(xué)家們相信它能更好地承受電池循環(huán)時的壓力。他們還說，它具有電化學(xué)穩(wěn)定性，可以容納鋰金屬陽極和高壓陰極，或者可以作為一種粘結(jié)材料，在高密度電池中封裝超厚的陰極。

研究人員表示，“鋰離子通過我們通常在無機(jī)陶瓷中發(fā)現(xiàn)的機(jī)制在有機(jī)固體電解質(zhì)中移動，使離子電導(dǎo)率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的高水平。使用自然供應(yīng)的材料將減少電池制造對我們環(huán)境的整體影響。”這項研究已于近期發(fā)表在了《自然》雜志上。