追求电池提供更多的力量和更安全地运行,研究人员正努力取代液体常用在今天与固体材料的锂离子电池。现在,从布朗大学和马里兰大学的研究小组已经开发了一种新材料在固态电池使用来自一个不太可能的来源:树木。
在杂志发表的研究自然,团队演示了一个固态离子导体与纤维素结合铜纺锤-聚合物管来自木材。薄材料离子电导率,是10到100倍比其他聚合物离子导体,研究人员说。它可以作为固体电池电解液或作为ion-conducting粘结剂的全固态电池的阴极。
“通过将铜与一维纤维素纺锤,我们证明了通常ion-insulating纤维素提供了更快的锂离子聚合物链中的运输,”教授说Liangbing胡锦涛在马里兰大学的材料科学与工程系。“实际上,我们发现这个离子导体达到纪录高位在所有固体聚合物电解质的离子电导率。”
工作是胡锦涛的实验室和实验室之间的合作曰气,布朗的工程学院教授。
今天的锂离子电池,广泛应用于从手机到汽车,已制成的电解质锂盐溶解在液体有机溶剂。电解液的工作是进行锂离子电池的阴极和阳极之间。液体电解质的工作很好,但是他们也有一些缺点。在高电流,微小的锂金属细丝,称为树突,可以形成电解质导致短路。此外,液体电解质由易燃和有毒化学物质,它可以着火。
固体电解质有可能防止树突渗透,可以不易燃的材料制成的。到目前为止大多数的固体电解质研究陶瓷材料,这是伟大的导电离子,但他们也厚,刚性和脆弱。强调生产过程以及充电和放电可能导致裂缝和断裂。
介绍的材料在这项研究中,然而,薄而灵活,就像一张纸。及其离子电导率与陶瓷持平。
气和齐盛吴,布朗,高级研究员进行的计算机模拟的微观结构copper-cellulose材料理解为什么它能够进行离子。建模的研究表明,铜增加纤维素聚合物链之间的空间,通常存在于紧密包。扩大间隔创建多少离子高速公路,锂离子可以通过邮政相对畅通。
“这个有机固态电解质的锂离子移动通过机制,我们通常发现在无机陶瓷,使记录离子电导率高,“气说。“使用材料性质提供了将降低电池生产的总体影响我们的环境。”
除了工作作为固体电解质,新材料还可以作为固态电池的阴极粘合剂。为了匹配的能力阳极,阴极需要大幅厚。然而,厚度可以妥协的离子传导,降低效率。为了使厚阴极工作,他们需要被包裹在一个ion-conducting粘合剂。使用他们的新材料作为粘合剂,团队展示了他们认为最厚的功能之一阴极报道。
研究人员希望这种新材料可能是一个一步使将固态电池技术引入大众市场。
在布朗大学进行的研究是由美国国家科学基金会(dmr - 2054438)。
来源:https://www.brown.edu/