武汉大学陈朝吉教授、西班牙巴斯克大学Erlantz Lizundia教授 AM：锂离子电池生物基聚合物电解质的环境可持续性评估

2025-01-12 来源：高分子科技

全球气候和生物多样性危机促使能源存储向可再生、可持续转型，作为在能量储存中占据重要地位的锂电池面临着向可持续电池发展。以天然来源的生物基聚合物充当电解质，为解决上述困境开辟了新的路径。但就目前研究而言，对于生物基聚合物电解质的环境影响的研究还不全面，缺乏统一且标准化的评估指标来衡量其环境可持续性。

近期，武汉大学陈朝吉教授，西班牙巴斯克大学Erlantz Lizundia教授及其团队针对生物基聚合物电解质开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电解质，涵盖纤维素及其衍生物、甲壳素/壳聚糖、木质素、琼脂、蚕丝蛋白等。将其制备成膜-液态电解质、凝胶电解质以及固态电解质，测量其离子电导率和电化学稳定窗口，利用LCA对气候变化、酸化、淡水生态毒性、海洋富营养化、人体毒性和水资源利用方面的环境影响实施量化评估，进行了全面系统的研究（图1）。如图2所示，不同生物基聚合物的碳足迹存在差异，其中水消耗是生物基聚合物可持续生产的主要瓶颈。相比于化石基合成材料，从生物质中分离制备生物基聚合物具备更高的循环性（图3）。生物基聚合物丰富的官能团使其电化学性能优于化石基电解质（图4），但是在制备环节中，环境影响呈现出较大的差异，碳足迹范围广，其中锂盐和溶剂是主要影响因素。值得注意的是，生物基聚合物在材料关键性方面具有明显优势（图5），该研究有望助力可持续电池的发展以及相关领域的进步提供有力支持与推动。

图1.生物聚合物电解质从原材料到电解质设计与制备的环境影响

图2.生物基聚合物的环境影响

图3.生物基聚合物的材料关键性和循环性评估

图4.生物基聚合物电解质的电化学性能

图5. 生物基聚合物电解质的环境影响

相关研究成果以“Environmental Sustainability of Natural Biopolymer-Based Electrolytes for Lithium Ion Battery Applications”为题发表在《Advanced materials》（10.1002/adma.202416733）期刊上。该工作由武汉大学和西班牙巴斯克大学合作完成，武汉大学博士研究生黄京、王思俊为论文共同第一作者，武汉大学陈朝吉教授和西班牙巴斯克大学Erlantz Lizundia教授为论文共同通讯作者。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202416733

作者简介

陈朝吉，武汉大学资源与环境科学学院教授、博士生导师。2015年博士毕业于华中科技大学，2015-2021年分别于华中科技大学与马里兰大学帕克分校从事博士后研究，并于2021年5月入职武汉大学资环学院组建X-Biomass课题组。从事生物质材料（木材、竹材、纤维素、甲壳素等）的多尺度结构设计、功能化及高值利用方面的研究，致力于以天然材料解决可持续发展面临的材料-能源-环境挑战。以第一/通讯作者（含同等贡献）在Nature (2篇)、Science、Nature Reviews Materials、Nature Sustainability (2篇)、Nature Communications (6篇)等国内外著名学术期刊上发表SCI论文100余篇，总引用33,000余次，H因子98，44篇论文入选ESI高被引论文，13篇（曾）入选热点论文。获科睿唯安“全球高被引科学家”（2021-2024连续四年入选材料科学领域）、斯坦福大学“全球前2%高被引科学家”终身影响力榜单、麻省理工科技评论亚太区“35岁以下科技创新35人”、“ACS KINGFA Young Investigator Award”、“中国化学会纤维素专业委员会青年学者奖”、“中国新锐科技人物卓越影响奖”、阿里巴巴达摩院“青橙优秀入围奖”、“Advanced Science青年科学家创新奖”、“R&D 100 Awards”等荣誉。担任The Innovation Materials学术编辑，The Innovation、Research、SusMat、Environmental Science & Ecotechnology、Green Carbon、Molecules等杂志编委/青年编委，以及中国化学会纤维素专业委员会委员。课题组网站：https://biomass.whu.edu.cn/index.htm

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（责任编辑：xu）

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