纖維素衍生物基固態(tài)電解質(zhì)制備過程 圖片來源：中科院化學(xué)研究所

來自中科院化學(xué)研究所的消息顯示，纖維素是地球上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)，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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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。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(jī)械強(qiáng)度達(dá)12MPa。實(shí)驗(yàn)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，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(qiáng)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(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)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。