【儀表網 研發快訊】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、生物醫用、包裝、電子器件等領域得到應用。纖維素因優異的力學性能和電化學穩定性在二次電池固態電解質(SSE)中展現出潛力，但纖維素的離子絕緣性使其局限于惰性支撐材料應用。
中國科學院化學研究所分子納米結構與納米技術院重點實驗室曹安民課題組利用纖維素豐富的化學平臺進行均相衍生化改性，通過綠色可擴展的工藝，將惰性的纖維素轉化為高性能鋰離子導體。該研究所得的纖維素基SSE的鋰離子電導率為1.09×10-3 S cm-1、鋰離子遷移數為0.81、機械強度達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建了多氧位點，促進了纖維素骨架與Li+的配位作用，創建了Li+快速離子傳輸通道，并在纖維素鏈之間重塑了氫鍵網絡，從而得到了兼具高離子電導率和高強度的SSE。
這一纖維素基SSE能夠與多數商用正極材料兼容，在固態Li/SSE/LiFePO4電池展現出高可逆容量及長循環穩定性。該工作基于纖維素分子工程，突破了聚合物基電解質中高強度與高離子電導率難以兼具的難題，發展了通過綠色可持續的工藝開發高性能固態電解質的新途徑，展現了纖維素在電池中的應用潛力。
相關研究成果以Molecular engineering of renewable cellulose biopolymers for solid-state battery electrolytes為題，發表在《自然-可持續發展》(Nature Sustainability)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會和北京分子科學國家研究中心的支持。該工作由化學所和中國科學院物理研究所合作完成。
纖維素衍生物基固態電解質制備過程
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