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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的環境可持續性評估

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、可持續轉型，作為在能量儲存中占據重要地位的鋰電池面臨著向可持續電池發展。以天然來源的生物基聚合物充當電解質，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的環境影響的研究還不全面，缺乏統一且標準化的評估指標來衡量其環境可持續性。

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，涵蓋纖維素及其衍生物、甲殼素/殼聚糖、木質素、瓊脂、蠶絲蛋白等。將其制備成膜-液態電解質、凝膠電解質以及固態電解質，測量其離子電導率和電化學穩定窗口，利用LCA對氣候變化、酸化、淡水生態毒性、海洋富營養化、人體毒性和水資源利用方面的環境影響實施量化評估，進行了全面系統的研究（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生產的主要瓶頸。相比于化石基合成材料，從生物質中分離制備生物基聚合物具備更高的循環性（圖3）。生物基聚合物豐富的官能團使其電化學性能優于化石基電解質（圖4），但是在制備環節中，環境影響呈現出較大的差異，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鍵性方面具有明顯優勢（圖5），該研究有望助力可持續電池的發展以及相關領域的進步提供有力支持與推動。

圖1.生物聚合物電解質從原材料到電解質設計與制備的環境影響

圖2.生物基聚合物的環境影響

圖3.生物基聚合物的材料關鍵性和循環性評估

圖4.生物基聚合物電解質的電化學性能

圖5. 生物基聚合物電解質的環境影響

相關研究成果以“Environmental Sustainability of Natural Biopolymer-Based Electrolytes for Lithium Ion Battery Applications”為題發表在《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，武漢大學資源與環境科學學院教授、博士生導師。2015年博士畢業于華中科技大學，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學院組建X-Biomass課題組。從事生物質材料（木材、竹材、纖維素、甲殼素等）的多尺度結構設計、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發展面臨的材料-能源-環境挑戰。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)等國內外著名學術期刊上發表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連續四年入選材料科學領域）、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“35歲以下科技創新35人”、“ACS KINGFA Young Investigator Award”、“中國化學會纖維素專業委員會青年學者獎”、“中國新銳科技人物卓越影響獎”、阿里巴巴達摩院“青橙優秀入圍獎”、“Advanced Science青年科學家創新獎”、“R&D 100 Awards”等榮譽。擔任The Innovation Materials學術編輯，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委員會委員。課題組網站：https://biomass.whu.edu.cn/index.htm

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（責任編輯：xu）

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