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武漢大學陳朝吉教授、西班牙巴斯克大學Erlantz Lizundia教授 AM：鋰離子電池生物基聚合物電解質(zhì)的環(huán)境可持續(xù)性評估
2025-01-12  來源：高分子科技

  全球氣候和生物多樣性危機促使能源存儲向可再生、可持續(xù)轉(zhuǎn)型，作為在能量儲存中占據(jù)重要地位的鋰電池面臨著向可持續(xù)電池發(fā)展。以天然來源的生物基聚合物充當電解質(zhì)，為解決上述困境開辟了新的路徑。但就目前研究而言，對于生物基聚合物電解質(zhì)的環(huán)境影響的研究還不全面，缺乏統(tǒng)一且標準化的評估指標來衡量其環(huán)境可持續(xù)性。


  近期，武漢大學陳朝吉教授，西班牙巴斯克大學Erlantz Lizundia教授及其團隊針對生物基聚合物電解質(zhì)開展了一系列深入研究。聚焦于具有代表性的天然生物聚合物電解質(zhì)，涵蓋纖維素及其衍生物、甲殼素/殼聚糖、木質(zhì)素、瓊脂、蠶絲蛋白等。將其制備成膜-液態(tài)電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)以及固態(tài)電解質(zhì)，測量其離子電導率和電化學穩(wěn)定窗口，利用LCA對氣候變化、酸化、淡水生態(tài)毒性、海洋富營養(yǎng)化、人體毒性和水資源利用方面的環(huán)境影響實施量化評估，進行了全面系統(tǒng)的研究（圖1）。如圖2所示，不同生物基聚合物的碳足跡存在差異，其中水消耗是生物基聚合物可持續(xù)生產(chǎn)的主要瓶頸。相比于化石基合成材料，從生物質(zhì)中分離制備生物基聚合物具備更高的循環(huán)性（圖3）。生物基聚合物豐富的官能團使其電化學性能優(yōu)于化石基電解質(zhì)（圖4），但是在制備環(huán)節(jié)中，環(huán)境影響呈現(xiàn)出較大的差異，碳足跡范圍廣，其中鋰鹽和溶劑是主要影響因素。值得注意的是，生物基聚合物在材料關(guān)鍵性方面具有明顯優(yōu)勢（圖5），該研究有望助力可持續(xù)電池的發(fā)展以及相關(guān)領(lǐng)域的進步提供有力支持與推動。


圖1.生物聚合物電解質(zhì)從原材料到電解質(zhì)設計與制備的環(huán)境影響


圖2.生物基聚合物的環(huán)境影響


圖3.生物基聚合物的材料關(guān)鍵性和循環(huán)性評估


圖4.生物基聚合物電解質(zhì)的電化學性能


圖5. 生物基聚合物電解質(zhì)的環(huán)境影響


  相關(guān)研究成果以“Environmental Sustainability of Natural Biopolymer-Based Electrolytes for Lithium Ion Battery Applications”為題發(fā)表在《Advanced materials》（10.1002/adma.202416733）期刊上。該工作由武漢大學和西班牙巴斯克大學合作完成，武漢大學博士研究生黃京、王思俊為論文共同第一作者，武漢大學陳朝吉教授和西班牙巴斯克大學Erlantz Lizundia教授為論文共同通訊作者。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202416733


作者簡介


  陳朝吉，武漢大學資源與環(huán)境科學學院教授、博士生導師。2015年博士畢業(yè)于華中科技大學，2015-2021年分別于華中科技大學與馬里蘭大學帕克分校從事博士后研究，并于2021年5月入職武漢大學資環(huán)學院組建X-Biomass課題組。從事生物質(zhì)材料（木材、竹材、纖維素、甲殼素等）的多尺度結(jié)構(gòu)設計、功能化及高值利用方面的研究，致力于以天然材料解決可持續(xù)發(fā)展面臨的材料-能源-環(huán)境挑戰(zhàn)。以第一/通訊作者（含同等貢獻）在Nature (2篇)、Science、Nature Reviews Materials、Nature Sustainability (2篇)、Nature Communications (6篇)等國內(nèi)外著名學術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文100余篇，總引用33,000余次，H因子98，44篇論文入選ESI高被引論文，13篇（曾）入選熱點論文。獲科睿唯安“全球高被引科學家”（2021-2024連續(xù)四年入選材料科學領(lǐng)域）、斯坦福大學“全球前2%高被引科學家”終身影響力榜單、麻省理工科技評論亞太區(qū)“35歲以下科技創(chuàng)新35人”、“ACS KINGFA Young Investigator Award”、“中國化學會纖維素專業(yè)委員會青年學者獎”、“中國新銳科技人物卓越影響獎”、阿里巴巴達摩院“青橙優(yōu)秀入圍獎”、“Advanced Science青年科學家創(chuàng)新獎”、“R&D 100 Awards”等榮譽。擔任The Innovation Materials學術(shù)編輯，The Innovation、Research、SusMat、Environmental Science & Ecotechnology、Green Carbon、Molecules等雜志編委/青年編委，以及中國化學會纖維素專業(yè)委員會委員。課題組網(wǎng)站：https://biomass.whu.edu.cn/index.htm
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（責任編輯：xu）
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