這種染料或?qū)⒋呱鷥?chǔ)能更強(qiáng)、循環(huán)更穩(wěn)定且低溫性能優(yōu)異的電池技術(shù)。

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)被用作染料的靛藍(lán)顏料，或?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)。加拿大康考迪亞大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)染料不僅能著色布料，更能成為固態(tài)電池的關(guān)鍵材料。研究表明，靛藍(lán)染料可參與固態(tài)電池的特定化學(xué)反應(yīng)，從而開(kāi)發(fā)出儲(chǔ)能更強(qiáng)、循環(huán)更穩(wěn)定且冬季低溫環(huán)境下表現(xiàn)卓越的電池。

"我們驚喜地發(fā)現(xiàn)天然分子非但不會(huì)干擾電池化學(xué)反應(yīng)，反而能引導(dǎo)其穩(wěn)定進(jìn)行。靛藍(lán)能使電池以極其穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)的方式運(yùn)行，這對(duì)綠色材料在未來(lái)能源系統(tǒng)中發(fā)揮作用至關(guān)重要。"該研究第一作者、化學(xué)與材料工程系副教授夏利表示。

突破有機(jī)材料局限

與傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池不同，固態(tài)電池使用固體材料傳導(dǎo)鋰離子，兼具更高安全性與更強(qiáng)儲(chǔ)能能力。有機(jī)材料因其可持續(xù)性、成本優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)靈活性，被視為包括有機(jī)電池、鋰離子電池及固態(tài)電池在內(nèi)的下一代電池技術(shù)的關(guān)鍵。但有機(jī)材料通常難以與固態(tài)組件有效融合，過(guò)度相互作用往往導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

這項(xiàng)突破性研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)精確控制靛藍(lán)與電解質(zhì)的反應(yīng)可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)：靛藍(lán)在存儲(chǔ)釋放鋰離子的同時(shí)，能激活固態(tài)電解質(zhì)共同儲(chǔ)能。這種獨(dú)特的協(xié)同作用成為提升電池性能的關(guān)鍵，使整體容量超越單一組件的儲(chǔ)能潛力。該組合方案還帶來(lái)了另一優(yōu)勢(shì)：不僅在室溫條件下運(yùn)行穩(wěn)定，在零下10攝氏度的嚴(yán)寒環(huán)境中同樣表現(xiàn)優(yōu)異。

天然分子的應(yīng)用價(jià)值

對(duì)于基于有機(jī)材料的固態(tài)電池而言，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高容量與低溫可靠性是罕見(jiàn)的技術(shù)成就。論文第一作者于啟航表示："這項(xiàng)研究展現(xiàn)了該類(lèi)型電池迄今最強(qiáng)的性能表現(xiàn)，證明靛藍(lán)等天然分子有助于解決長(zhǎng)期存在的兼容性難題，推動(dòng)更具普及性和可持續(xù)性的電池技術(shù)發(fā)展。"

要實(shí)現(xiàn)家庭用電的綠色通勤轉(zhuǎn)型，高性能可持續(xù)電池至關(guān)重要。采用易加工有機(jī)材料還能簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈、減少價(jià)格波動(dòng)，最終降低電池制造成本。研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)階段目標(biāo)是將這項(xiàng)前景廣闊的技術(shù)推向?qū)嵱没?，通過(guò)優(yōu)化電池內(nèi)部反應(yīng)，在緊湊體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高能量存儲(chǔ)與系統(tǒng)穩(wěn)定性的平衡。成功提升電池能量密度將成為最后一道關(guān)卡，推動(dòng)這種高度可持續(xù)的有機(jī)固態(tài)電池邁向商業(yè)化應(yīng)用。

該研究成果已發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

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