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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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曹安民課題組在纖維素基固態(tài)電解質(zhì)方面取得新進(jìn)展
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曹安民課題組在纖維素基固態(tài)電解質(zhì)方面取得新進(jìn)展 發(fā)布時間：2024-09-20【字體： 大 中 小 】【打印】 【關(guān)閉】 纖維素是地球上最豐富的天然高分子材料，具有低成本、高強(qiáng)度、可生物降解等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展以及碳中和的理想材料，在紡織、造紙、生物醫(yī)用、包裝、電子器件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。纖維素優(yōu)異的力學(xué)性能以及電化學(xué)穩(wěn)定性在二次電池固態(tài)電解質(zhì)（SSE）中展現(xiàn)出巨大潛力，但是纖維素的離子絕緣性使其局限于惰性支撐材料應(yīng)用。 在國家自然科學(xué)基金委以及北京分子科學(xué)國家研究中心的支持下，化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗室曹安民課題組利用纖維素豐富的化學(xué)平臺進(jìn)行均相衍生化改性，通過綠色可擴(kuò)展的工藝，將惰性的纖維素轉(zhuǎn)化為高性能鋰離子導(dǎo)體。所得纖維素基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(jī)械強(qiáng)度達(dá)12 MPa。結(jié)合實(shí)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(tuán)構(gòu)建了多氧位點(diǎn)，促進(jìn)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，同時還在纖維素鏈之間重塑了氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而得到兼具高離子電導(dǎo)率和高強(qiáng)度的SSE。 該纖維素基SSE能夠與大多數(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(0.1C, 158.5 mAh g-1)以及長循環(huán)穩(wěn)定性(1C, 1000圈)。這項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(qiáng)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)出纖維素在電池中利用的巨大潛力。 該工作以“Molecular engineering of renewable cellulose biopolymers for solid-state battery electrolytes”為題發(fā)表在Nature Sustainability上（https://www.nature.com/articles/s41893-024-01414-7）。文章第一作者是博士后李錦陽，通訊作者是化學(xué)所曹安民研究員、喬燕研究員以及物理所李玉濤研究員。 纖維素衍生物基固態(tài)電解質(zhì)制備過程 分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗室 2024年9月20日 |
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