新材料離子傳導性比其它導體快10到100倍

在《自然》雜志上發表的研究中，研究團隊介紹了一種固體離子導體，它將銅與來自木材的纖維素納米纖維——聚合物管相結合。研究人員說，這種薄如紙材料的離子傳導性比其它聚合物離子導體快10到100倍。它既可以作為固體電池的電解質，也可以作為全固態電池陰極的離子傳導粘合劑。

今天的鋰離子電池在手機、汽車中廣泛使用，其電解質由溶解在液體有機溶劑中的鋰鹽制成。電解液的工作是在電池的陰極和陽極之間傳導鋰離子。液體電解質性能不錯，但它們有一些缺點。在高電流下，鋰金屬的微小樹枝狀聚合物會在電解質中形成，導致短路。此外，液體電解質是用易燃和有毒化學品制成的，可能會引起火災。

馬里蘭大學材料科學與工程系教授Liangbing Hu說：“通過將銅與一維納米纖維素結合起來，我們證明了通常與離子絕緣的纖維素在聚合物鏈內提供了更快的鋰離子傳輸。我們發現這種離子導體在所有固體聚合物電解質中達到了創紀錄的高離子傳導率。”

除了作為固體電解質工作外，這種新材料還可以作為固態電池的陰極粘合劑。為了與陽極的容量相匹配，陰極需要大幅加厚。然而，這種厚度會影響離子的傳導，降低效率。為了使更厚的陰極發揮作用，它們需要被包裹在一種離子傳導的粘合劑中。使用該研究中的新材料作為粘結劑，研究團隊認為這是有史以來功能性最強也最厚的陰極之一。

研究人員希望這種新材料能夠成為將固態電池技術推向大眾市場的一個步驟。

該研究論文題為"Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries"，已發表在《自然》期刊上。主要作者為Chunpeng Yang。