据外媒报道,针对担心使用锂离子电池风险的消费者——锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等各种设备——密歇根州立大学(Michigan State University,MSU)发现,木材中的一种天然材料可以提高电池的安全性,同时延长电池的使用寿命。

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工程学院助理教授Chengcheng Fang,和农业与自然资源学院副教授Mojgan Nejad合作,将木质素(一种木材中提供支撑和刚性的天然成分)制成薄膜隔膜,用于锂离子电池内部,防止可能引起火灾的短路。

“我们想制造更好的电池,”Fang教授表示,“但我们也希望它安全、高效、可持续。”

在电池内部,带正电的正极和带负电的负极有助于电流流动。为了隔离这些电极,商用隔膜通常由聚乙烯和聚丙烯塑料材料制成,这些材料在接近100°C的温度下会收缩。如果没有隔膜的保护,电池的正极和负极可能会接触,从而导致意外短路,甚至可能引发火灾或爆炸。

相比之下,基于木质素的隔膜在高达300°C的温度下保持稳定,尺寸也不会变小。Fang和她的团队测试了不同厚度的木质素,发现厚度为25微米(比人类头发的四分之一还薄)的薄膜最能有效地保持电池内部稳定,并防止阳极和阴极连接。

在电池内部使用木质素薄膜还有另一个好处:电池内部稳定性的提高也延长了循环寿命,也就是增加了电池的充电和使用次数。“我们很惊讶地发现,木质素薄膜也提高了电池的循环寿命,”Fang教授表示。“我们将电池的循环寿命提高了60%。”

这项研究的第三个优势是环保。团队能够采用低成本的干法加工方法制造木质素隔膜。这意味着团队能够按需生产大量木质素薄膜,同时避免使用传统隔膜制造中常用的有害溶剂,这些溶剂可能对环境造成危害。

在这种情况下,研究人员能够利用木质素和其他能够实现100%原材料转化的材料来制造薄膜,而不会产生任何废物或污染。

“木质素,尤其是木质素磺酸盐,天然含量丰富,无需任何进一步处理即可在电池中发挥作用,”Fang教授说道。“这项研究展示了一种新的设计途径,可以提高电池材料的安全性和可制造性。”

这项研究发表在《Advanced Materials》期刊上,该技术正在密歇根州立大学创新中心(MSU Innovation Center)申请专利。