【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】纖維素是地球上豐富的天然高分子材料，具有低成本、高強度、可生物降解等特點，在紡織、造紙、生物醫(yī)用、包裝、電子器件等領(lǐng)域得到應(yīng)用。纖維素因優(yōu)異的力學(xué)性能和電化學(xué)穩(wěn)定性在二次電池固態(tài)電解質(zhì)(SSE)中展現(xiàn)出潛力，但纖維素的離子絕緣性使其局限于惰性支撐材料應(yīng)用。
 

　　中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室曹安民課題組利用纖維素豐富的化學(xué)平臺進行均相衍生化改性，通過綠色可擴展的工藝，將惰性的纖維素轉(zhuǎn)化為高性能鋰離子導(dǎo)體。該研究所得的纖維素基SSE的鋰離子電導(dǎo)率為1.09×10-3 S cm-1、鋰離子遷移數(shù)為0.81、機械強度達(dá)12 MPa。實驗和理論分析表明，在均相衍生化過程中，引入的鄰苯二甲酸酯基團構(gòu)建了多氧位點，促進了纖維素骨架與Li+的配位作用，創(chuàng)建了Li+快速離子傳輸通道，并在纖維素鏈之間重塑了氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而得到了兼具高離子電導(dǎo)率和高強度的SSE。
 

　　這一纖維素基SSE能夠與多數(shù)商用正極材料兼容，在固態(tài)Li/SSE/LiFePO4電池展現(xiàn)出高可逆容量及長循環(huán)穩(wěn)定性。該工作基于纖維素分子工程，突破了聚合物基電解質(zhì)中高強度與高離子電導(dǎo)率難以兼具的難題，發(fā)展了通過綠色可持續(xù)的工藝開發(fā)高性能固態(tài)電解質(zhì)的新途徑，展現(xiàn)了纖維素在電池中的應(yīng)用潛力。
 

　　相關(guān)研究成果以Molecular engineering of renewable cellulose biopolymers for solid-state battery electrolytes為題，發(fā)表在《自然-可持續(xù)發(fā)展》(Nature Sustainability)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持。該工作由化學(xué)所和中國科學(xué)院物理研究所合作完成。
 

纖維素衍生物基固態(tài)電解質(zhì)制備過程