11月3日消息，清華大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一種由大豆蛋白制成的可再生材料，有望為下一代固態(tài)電池提供高效、長(zhǎng)壽命的動(dòng)力來(lái)源。

眾所周知，目前新能源汽車電池技術(shù)的主要發(fā)展方向普遍認(rèn)為是固態(tài)電池。而固態(tài)電池的核心創(chuàng)新在于電解質(zhì)，它負(fù)責(zé)在電極間傳導(dǎo)金屬離子以產(chǎn)生電流；與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)不同，固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)，能實(shí)現(xiàn)更快充電速度，儲(chǔ)能容量還有望提升一倍，更重要的是固態(tài)電解質(zhì)更為安全。

清華大學(xué)教授、該研究論文作者之一申洋（Yang Shen，音譯）表示，“相比傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)，我們利用可再生的大豆蛋白開(kāi)發(fā)出的高性能電解質(zhì)，能夠減少?gòu)U棄物產(chǎn)生，顯著降低環(huán)境影響。”

大豆蛋白本身具備成為環(huán)保電池材料的優(yōu)勢(shì)。首先是可再生、成本低且易大規(guī)模種植。其次，其天然結(jié)構(gòu)允許離子穿行，還能通過(guò)化學(xué)改性靈活調(diào)控性能，適配不同應(yīng)用場(chǎng)景。

申洋進(jìn)一步指出：“大豆蛋白目前主要應(yīng)用于食品和醫(yī)療行業(yè)，其易獲取、無(wú)毒性和可生物降解的特點(diǎn)，使其在其他領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大潛力。”

據(jù)了解，為適配電池需求，申洋團(tuán)隊(duì)對(duì)大豆蛋白進(jìn)行化學(xué)修飾，提升其本征導(dǎo)電性以促進(jìn)鋰離子遷移，最終形成硬層與軟層交替的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以讓電解質(zhì)兼具高強(qiáng)度與柔韌性，既堅(jiān)固又有彈性。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，用該電解質(zhì)組裝的固態(tài)鋰電池表現(xiàn)出色。在60°C 下可穩(wěn)定充放電2000小時(shí)；溫度升至120°C時(shí)，經(jīng)過(guò)800次充放電循環(huán)后，仍能保持近75%的初始容量，展現(xiàn)出高溫環(huán)境下的可靠應(yīng)用潛力。

反觀傳統(tǒng)鋰離子電池，溫度超過(guò)60°C就容易不穩(wěn)定、性能驟降，還可能因有毒易燃物質(zhì)泄漏引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。

此外，這種大豆基材料還有望解決當(dāng)前許多電解質(zhì)研發(fā)中面臨的一個(gè)關(guān)鍵難題，那就是在電池充放電過(guò)程中，電解質(zhì)與電極之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成界面層。如果這一界面層無(wú)法保持穩(wěn)定，將在每次循環(huán)中持續(xù)增厚，逐漸削弱電池性能。

而采用大豆基材料制成的電池，則在電解質(zhì)與電極之間形成了薄而均勻的界面層，且長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。更重要的是，該界面層具有良好的柔韌性，能隨電池充放電過(guò)程中的體積變化而伸縮，有效防止裂紋產(chǎn)生。

申洋指出，這些結(jié)果證明大豆基材料在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域潛力巨大，為生物質(zhì)固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展提供了可靠技術(shù)路徑。

目前該材料仍需進(jìn)一步優(yōu)化，且面臨規(guī)模化生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，但未來(lái)有望成為長(zhǎng)壽命、環(huán)境友好型電池的核心材料。尤其在電動(dòng)汽車、電子設(shè)備領(lǐng)域，特別是需要電池在極端溫度下穩(wěn)定工作的場(chǎng)景中，其應(yīng)用前景十分廣闊。