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家們近期看到了一些令人興奮的機遇。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，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)的一個缺點是，它們含有揮發(fā)性液體，假如設備短路，就有起火的風險，并且會促進被稱為枝晶的形成，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，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。一些科學家認為，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在不充電的情況下行駛得更遠。

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（BrownUniversity）和馬里蘭大學（UniversityofMaryland）的科學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。

這些木材制成的聚合物管與銅結(jié)合，形成了固體離子導體，其導電性與陶瓷類似，比其他聚合物離子導體好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)這種離子導體在所有固體聚合物電解質(zhì)中實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的高離子電導率?！?/p>

由于這種材料像紙相同薄且有彈性，科學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陶瓷中發(fā)現(xiàn)的機制在有機固體電解質(zhì)中移動，使離子電導率達到創(chuàng)紀錄的高水平。使用自然供應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。