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新材料可为更高效、安全的电池铺平道路,其离子传导性比其它导体快10到100倍

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前瞻网 2021-10-22 10:19
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在《自然》杂志上发表的研究中,研究团队介绍了一种固体离子导体,它将铜与来自木材的纤维素纳米纤维——聚合物管相结合。研究人员说,这种薄如纸材料的离子传导性比其它聚合物离子导体快10到100倍。它既可以作为固体电池的电解质,也可以作为全固态电池阴极的离子传导粘合剂。

今天的锂离子电池在手机、汽车中广泛使用,其电解质由溶解在液体有机溶剂中的锂盐制成。电解液的工作是在电池的阴极和阳极之间传导锂离子。液体电解质性能不错,但它们有一些缺点。在高电流下,锂金属的微小树枝状聚合物会在电解质中形成,导致短路。此外,液体电解质是用易燃和有毒化学品制成的,可能会引起火灾。

马里兰大学材料科学与工程系教授Liangbing Hu说:“通过将铜与一维纳米纤维素结合起来,我们证明了通常与离子绝缘的纤维素在聚合物链内提供了更快的锂离子传输。我们发现这种离子导体在所有固体聚合物电解质中达到了创纪录的高离子传导率。”

除了作为固体电解质工作外,这种新材料还可以作为固态电池的阴极粘合剂。为了与阳极的容量相匹配,阴极需要大幅加厚。然而,这种厚度会影响离子的传导,降低效率。为了使更厚的阴极发挥作用,它们需要被包裹在一种离子传导的粘合剂中。使用该研究中的新材料作为粘结剂,研究团队认为这是有史以来功能性最强也最厚的阴极之一。

研究人员希望这种新材料能够成为将固态电池技术推向大众市场的一个步骤。

该研究论文题为"Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries",已发表在《自然》期刊上。主要作者为Chunpeng Yang。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03885-6

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