我们日常见的竹子，经过巧妙设计，竟能变成高性能固态电解质的核心材料！ 近日，加拿大滑铁卢大学团队在《Advanced Materials》上发表了一项突破性研究：他们利用竹子提取的纤维素纳米纤维（CNF），构建出具有贯通离子/水通道的生物质固态电解质，为柔性锌空电池带来了革命性进展！
研究亮点速览
原料天然环保：以竹子为原料，通过化学-机械法制备CNF，绿色可持续。
双功能设计：将导电型CNF（ICNF） 与保水型CNF（WCNF） 编织成网状结构，形成贯通离子/水通道。
超高离子电导率：达175 mS/cm，远超多数商用阴离子交换膜（AEM）和KOH凝胶电解质。
机械强度优异：即使在吸水5倍后，拉伸强度仍达87 kPa，柔韧性极佳。
电池性能卓越：组装的柔性锌空电池循环寿命达310小时，功率密度126 mW/cm²，远超同类产品。
技术突破解析
1. 双纤维协同设计
ICNF：接枝聚季铵盐（PDMC），提供高密度OH⁻传导位点；
WCNF：接枝聚丙烯酰胺（PAM），极强的亲水性提升保水能力；
二者交织：形成3D多孔网络，既保水又导离子，打破“导电性-机械强度”难以兼得的传统困境。
2. 纳米通道与离子传导机制
分子动力学模拟显示：
在纳米限域环境中，OH⁻离子自发排列成连续“离子导线”；
水分子形成分层水通道，协同促进离子快速传输；
OH⁻扩散系数高达6.5×10⁻⁵ cm²/s，比传统AEM提升近一个数量级。
3. 绿色制备工艺
采用蒸馏沉淀聚合法接枝功能聚合物，工艺简单、可控性强，适合规模化生产。
性能对比一览
电解质类型
离子电导率 (mS/cm)
循环寿命 (h)
功率密度 (mW/cm²)
此外，该电解质在1 mA/cm²下锌空电池容量达796 mAh/g，接近理论值（820 mAh/g）！
环保与实用价值
无需高浓度KOH：避免腐蚀、渗漏等问题，安全性高；
全生物质来源：降低对石化材料的依赖，符合可持续发展趋势；
柔性极佳：电池在弯曲、折叠下仍稳定工作，适合可穿戴设备。
总结与展望
这项研究不仅提供了一种高性能、高安全、全生物质的固态电解质新方案，更通过“离子通道+水通道”的双通道设计理念，为未来柔性电池电解质的设计指明了新方向！
论文信息： Haozhen Dou et al., Advanced Materials 2024, DOI: 10.1002/adma.202401858
研究亮点速览
原料天然环保：以竹子为原料，通过化学-机械法制备CNF，绿色可持续。
双功能设计：将导电型CNF（ICNF） 与保水型CNF（WCNF） 编织成网状结构，形成贯通离子/水通道。
超高离子电导率：达175 mS/cm，远超多数商用阴离子交换膜（AEM）和KOH凝胶电解质。
机械强度优异：即使在吸水5倍后，拉伸强度仍达87 kPa，柔韧性极佳。
电池性能卓越：组装的柔性锌空电池循环寿命达310小时，功率密度126 mW/cm²，远超同类产品。
技术突破解析
1. 双纤维协同设计
ICNF：接枝聚季铵盐（PDMC），提供高密度OH⁻传导位点；
WCNF：接枝聚丙烯酰胺（PAM），极强的亲水性提升保水能力；
二者交织：形成3D多孔网络，既保水又导离子，打破“导电性-机械强度”难以兼得的传统困境。
2. 纳米通道与离子传导机制
分子动力学模拟显示：
在纳米限域环境中，OH⁻离子自发排列成连续“离子导线”；
水分子形成分层水通道，协同促进离子快速传输；
OH⁻扩散系数高达6.5×10⁻⁵ cm²/s，比传统AEM提升近一个数量级。
3. 绿色制备工艺
采用蒸馏沉淀聚合法接枝功能聚合物，工艺简单、可控性强，适合规模化生产。
性能对比一览
电解质类型
离子电导率 (mS/cm)
循环寿命 (h)
功率密度 (mW/cm²)
此外，该电解质在1 mA/cm²下锌空电池容量达796 mAh/g，接近理论值（820 mAh/g）！
环保与实用价值
无需高浓度KOH：避免腐蚀、渗漏等问题，安全性高；
全生物质来源：降低对石化材料的依赖，符合可持续发展趋势；
柔性极佳：电池在弯曲、折叠下仍稳定工作，适合可穿戴设备。
总结与展望
这项研究不仅提供了一种高性能、高安全、全生物质的固态电解质新方案，更通过“离子通道+水通道”的双通道设计理念，为未来柔性电池电解质的设计指明了新方向！
论文信息： Haozhen Dou et al., Advanced Materials 2024, DOI: 10.1002/adma.202401858