由木材制成的下一代电池电解质具有创纪录的导电性

今天的锂电池通常使用液体电解质在两个电极之间携带离子，但关注固体替代品的科学家们看到了一些令人兴奋的机会。其中包括一项新研究的作者，他们使用源自木材的纤维素作为其中一种固体电解质的基础，这种电解质像纸一样薄，可以在电池循环时弯曲和弯曲以吸收应力。

当今锂电池中使用的电解质的一个缺点是它们含有挥发性液体，如果设备短路，会带来火灾风险，并且会促进称为枝晶的触手状生长的形成，从而影响性能。与此同时，固体电解质可以由不可燃材料制成，使设备不易形成枝晶，并可能为电池结构开辟全新的可能性。

这些可能性之一与阳极有关，阳极是两个电极之一，在今天的电池中，阳极由石墨和铜的混合物制成。一些科学家将固体电解质视为使电池与纯锂金属制成的阳极一起工作的关键垫脚石，这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更远。

迄今为止开发的许多固体电解质都是由陶瓷材料制成的，陶瓷材料在传导离子方面非常有效，但由于其脆性，在充电和放电过程中不能很好地承受压力。布朗大学和马里兰大学的科学家们寻求替代方案，并以木材中发现的纤维素纳米纤维为起点。

这些源自木材的聚合物管与铜结合形成固体离子导体，其导电性与陶瓷相似，比其他聚合物离子导体好 10 到 100 倍。据该团队称，这是因为铜的加入在纤维素聚合物链之间创造了空间，以形成“离子高速公路”，使锂离子能够以创纪录的效率传播。

“通过将铜与一维纤维素纳米纤丝结合，我们证明了通常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，”研究作者胡良兵说。“事实上，我们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。”

由于这种材料薄如纸且柔韧，科学家们相信它可以更好地承受电池循环的压力。他们还表示，它具有容纳锂金属阳极和高压阴极的电化学稳定性，或者可以作为粘合剂材料，在高密度电池中包裹超厚阴极。

“锂离子通过我们通常在无机陶瓷中发现的机制在这种有机固体电解质中移动，从而实现创纪录的高离子电导率，”研究作者岳奇说。“使用大自然提供的材料将减少电池制造对我们环境的整体影响。”

该研究发表在《自然》杂志上。

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