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密歇根州立大學(xué)（MSU）的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，可能很快為擔(dān)心鋰離子電池（LIB）安全性的消費(fèi)者提供一個更可靠的選擇。

研究人員利用木材中天然存在的木質(zhì)素材料，創(chuàng)造了一種更安全、壽命更長的電池組件。

研究團(tuán)隊(duì)將這種材料制成一種薄膜隔膜（separator），這種屏障有助于避免短路，并降低從電動汽車到智能手機(jī)等各種設(shè)備所用電池的起火風(fēng)險。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素薄膜還提高了電池的循環(huán)壽命。我們將電池的循環(huán)壽命提高了60%，”密歇根州立大學(xué)工程學(xué)院助理教授程程·方（ChengchengFang）在一份聲明中表示。

木質(zhì)素提升性能

隔膜在鋰離子電池中扮演著至關(guān)重要的角色，它能防止內(nèi)部短路，降低熱失控風(fēng)險，并支持電池的整體性能和壽命。

然而，商用隔膜中常用的聚乙烯和聚丙烯塑料存在顯著缺點(diǎn)，包括高熱收縮性、潤濕性差以及長期穩(wěn)定性有限。

研究人員指出，這些弱點(diǎn)在電動汽車等高需求應(yīng)用中尤其令人擔(dān)憂，因?yàn)檫^熱可能導(dǎo)致隔膜失效，從而使電池的正極和負(fù)極接觸，引發(fā)短路、火災(zāi)或爆炸。

相比之下，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的木質(zhì)素基隔膜在高達(dá)300°C（572°F）的溫度下仍能保持尺寸穩(wěn)定。

研究摘要指出：“該隔膜使用木質(zhì)素磺酸鹽（lignosulfonate）制造，這是一種從化學(xué)制漿和生物精煉過程中獲得的天然聚合物副產(chǎn)品。”

研究人員測試了不同厚度的木質(zhì)素薄膜，發(fā)現(xiàn)厚度為25微米（比四分之一人類頭發(fā)還?。┑谋∧ぴ诰S持電池穩(wěn)定性和可靠地防止正負(fù)極接觸方面最為有效。

可持續(xù)的電池創(chuàng)新

木質(zhì)素基薄膜的使用顯著提升了鋰離子電池的性能和熱穩(wěn)定性。

該薄膜長時間維持內(nèi)部穩(wěn)定性的能力體現(xiàn)為一個顯著優(yōu)勢：電池循環(huán)壽命（即可充放電次數(shù)）提升了60%。由于其更長的使用壽命，該技術(shù)對于便攜式設(shè)備和電動汽車等高要求應(yīng)用特別有用。

除了性能優(yōu)勢，這項(xiàng)研究還提供了一種可持續(xù)的制造優(yōu)勢。該團(tuán)隊(duì)采用了一種干法加工技術(shù)來制造木質(zhì)素隔膜，這種方法摒棄了傳統(tǒng)隔膜制造中通常使用的有害溶劑。

此方法在實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展、按需生產(chǎn)的木質(zhì)素薄膜的同時，最大限度地減少了對環(huán)境的影響。該方法成功地將包括木質(zhì)素在內(nèi)的所有原材料轉(zhuǎn)化為可用的薄膜，無廢棄物或排放物產(chǎn)生。

這種零廢棄、環(huán)保的工藝不僅促進(jìn)了環(huán)境友好的生產(chǎn)方法，而且利用了木質(zhì)素磺酸鹽——這是一種天然存在、儲量豐富的木質(zhì)素形式，無需任何額外加工即可在電池中有效工作。

總而言之，這項(xiàng)創(chuàng)新為傳統(tǒng)電池隔膜提供了一個更安全、更耐用且更環(huán)保的替代品，對下一代儲能系統(tǒng)具有令人鼓舞的意義。

研究摘要指出：“這種木質(zhì)素基隔膜具有高熱穩(wěn)定性、制造可行性、良好的電池性能和低成本等特點(diǎn)，為開發(fā)面向高性能鋰離子電池的下一代單層功能性隔膜提供了新的靈感?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)的研究細(xì)節(jié)發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊上。

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