靛蓝染料助力固态电池发展 展现可持续能源新潜力
2025-12-09 15:07
来源:康考迪亚大学
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人们常以绿色描绘可持续发展,而清洁能源的未来或许也与深蓝色息息相关。康考迪亚大学研究人员发现,靛蓝这种历史悠久的天然织物染料,或将成为塑造未来安全可持续固态电池的关键。在发表于《自然通讯》的研究中,团队揭示靛蓝能同时支持固态电池内部的两种关键反应,提升电池储能能力与循环可靠性,即便在低温条件下也能保持良好性能。

14  鸣叫  分享  电子邮件  家 能源与绿色科技 家 高科技与创新 2025年12月8日   要点 蓝色牛仔布染料或许能让电池更环保 作者:康考迪亚大学 文森特·阿莱尔  由斯蒂芬妮·鲍姆 编辑 ,罗伯特·伊根审阅  编者按 靛蓝天然染料作为活性物质和分子催化剂在硫化物基全固态电池(ASSB)中的作用机制。a.外层氧化还原途径(由靛蓝分子催化剂催化)和LPSC SE的典型内层氧化还原途径(电化学反应)示意图。b. 采用密度泛函理论(DFT)计算了由pymatgen生成的氧化还原反应中LPSC SE的电压曲线和相平衡。c .计算了反应步骤1、步骤2和步骤3的吉布斯自由能变化。d . LPSC SE在ASSB中以及靛蓝在液相电池中的循环伏安曲线。本图的原始数据以源数据文件的形式提供。图片来源:Nature Communications (2025)。DOI:10.1038/s41467-025-62301-z 人们通常用绿色来形容可持续发展,但清洁能源的未来或许也带有一丝深蓝色的气息。电动汽车和储能系统可能很快就能从牛仔布中一种常见的颜料中汲取能量。   康考迪亚大学的研究人员发现,靛蓝这种几个世纪以来一直用于织物染色的天然染料,可以帮助塑造未来安全可持续电池的发展方向。在发表于《自然通讯》杂志的一项研究中,该团队揭示了这种常见的物质能够同时支持固态电池内部的两种关键反应。这种特性有助于电池储存更多能量,循环可靠性高,即使在低温条件下也能保持良好的性能。  “我们很高兴地看到,一种天然分子能够引导电池化学反应,而不是破坏它,”该研究的第一作者、化学与材料工程系副教授夏莉(音译)说。“靛蓝能够帮助电池以非常稳定和可预测的方式工作。如果我们希望更环保的材料在未来的能源系统中发挥作用,这一点至关重要。”  精心控制的反应 固态电池使用固体材料而非液体来传输锂离子。它们更安全,并且具有更大的储能潜力,但长期以来一直面临着一个挑战。有机材料是一种更环保、更经济的选择,但它们通常与电池内部的固体成分难以混合。当它们发生过度反应时,电池就会变得不稳定。因此,大多数研究人员都在寻找抑制这种反应的方法。  这项研究表明,如果控制得当,靛蓝与电解液之间的反应可以提高电池的性能。  研究团队发现,靛蓝染料能够储存和释放锂,同时还能温和地激活固体电解质,使其也能储存能量。染料和电解质之间的这种协同作用,使电池的整体容量远超任何一种材料单独使用时所能达到的水平。  它还能使电池在室温下甚至零下十摄氏度下平稳运行。  了解更多 科学 电子 电子学 科学 人工智能 人工智能 电子的 需要进一步改进才能实际应用 对于依赖有机材料的固态电池而言,在低温条件下实现如此高的容量和稳定的循环性能是极其罕见的。  “我们的研究代表了此类电池迄今为止报道的最强性能之一,”该研究的第一作者于启航表示。“这表明,像靛蓝这样的天然分子可以帮助克服长期存在的兼容性挑战,并支持更易于获取和更可持续的电池技术。”  李补充说,下一阶段的工作重点是推动这项技术更接近实际应用。目标是优化电池内部的反应,使其在保持稳定性的同时,还能在更小的面积内存储更大的能量。这将使有机固态电池更接近实际应用。  更多信息: Qihang Yu 等人,《一种用于稳定全固态有机电池的活性双功能天然染料》,《自然通讯》 (2025)。DOI :10.1038/s41467-025-62301-z  期刊信息: 《自然通讯》  由康考迪亚大学 提供  进一步探索  固态钠电池可能是一种更安全、更便宜、更强大的选择。 Facebook  叽叽喳喳  电子邮件  给编辑的反馈  精选 最后评论 受欢迎的 科学家借助人工智能开发出一种无需佩戴眼镜即可观看3D图像的系统。 2025年12月4日  0  新型机器人眼球有望增强具身人工智能的视觉感知能力。 2025年12月3日  0  可扩展的热拉丝方法可制备用于可穿戴电子产品的液态金属纤维 2025年12月2日  0  激光辅助3D打印技术可在数秒内制造出独立的、基于热固性材料的电子器件。 2025年12月1日  0  BrainBody-LLM算法帮助机器人模仿人类的规划和运动 2025年11月28日  0   一种多功能碳钛复合材料可提升锂硫电池的性能 7小时前  新型超薄纳米网状电极实现透气“电子皮肤” 11小时前  人工智能能读懂人类的心思吗?一个行人行为模型在这方面表现出惊人的能力。 14小时前  该团队开发出功能类似大脑的芯片,并使其具有可扩展性。 14小时前  语音到现实系统利用人工智能和机器人技术按需创建物体 15小时前  大脑植入硅芯片:研究人员开发新一代脑机接口 15小时前  新型纤维编织方法提升干电池电极强度和性能 15小时前  借助一种新型芯片,声波就像微型手一样移动物体。 21小时前  胜负已分:计算器在与人工智能的较量中胜出 2025年12月7日  波多黎各案例研究为能源转型规划提供了更好的方法 2025年12月5日   1 2             Phys.org 每日科学新闻,涵盖研究进展和最新科学创新  Medical Xpress 医学研究进展和健康新闻  科学X 网络上最全面的科技新闻报道  新闻简报 电子邮件 Science X Daily 和每周电子邮件新闻简报是免费服务,让您可以通过电子邮件收件箱接收您喜爱的科技新闻更新。 跟着我们 顶部 家 搜索 移动版 帮助 常问问题 关于 接触 请支持我们 科学X账户 通讯 档案 安卓应用 iOS 应用 工作机会 推送通知 © Tech Xplore 2014 - 2025,由Science X Network提供技术支持 隐私政策 使用条款   请勿出售或分享我的个人信息   1 / 1靛蓝天然染料作为活性物质和分子催化剂在硫化物基全固态电池(ASSB)中的作用机制。a.外层氧化还原途径(由靛蓝分子催化剂催化)和LPSC SE的典型内层氧化还原途径(电化学反应)示意图。b. 采用密度泛函理论(DFT)计算了由pymatgen生成的氧化还原反应中LPSC SE的电压曲线和相平衡。c .计算了反应步骤1、步骤2和步骤3的吉布斯自由能变化。d . LPSC SE在ASSB中以及靛蓝在液相电池中的循环伏安曲线。本图的原始数据以源数据文件的形式提供。

研究第一作者夏莉表示:“天然分子能引导电池化学反应,而非破坏它,这令人振奋。靛蓝使电池以稳定可预测的方式工作,这对环保材料在能源系统中的应用至关重要。”固态电池采用固体材料传输锂离子,更安全且储能潜力大,但长期面临有机材料与固体成分混合难题。过度反应会导致电池不稳定,多数研究致力于抑制此类反应。

然而,该研究表明,若控制得当,靛蓝与电解液的反应可提升电池性能。靛蓝染料既能储存和释放锂,又能温和激活固体电解质,使其也能储存能量。染料与电解质的协同作用,使电池整体容量远超单一材料。此外,电池能在室温甚至零下十摄氏度下平稳运行,对于依赖有机材料的固态电池而言,这一性能极为罕见。

研究第一作者于启航称:“这代表了此类电池迄今最强性能之一,天然分子靛蓝有助于克服兼容性挑战,支持更可持续的电池技术。”下一阶段,研究将聚焦优化电池内部反应,提升能量密度与稳定性,推动有机固态电池更接近实际应用。

更多信息:作者: Qihang Yu 等人,标题:《一种用于稳定全固态有机电池的活性双功能天然染料》,发表于:《自然通讯》 (2025)。期刊信息: 《自然通讯》

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