仿生层状水泥固态电解质

高强高离子电导兼备

通过冰模板仿生层状结构，在水泥中构建离子快速通道，首次同时实现力学承载与高效储能。

林维 · Jiarui, Xing · Zhou Y. · 潘龙 · 扬李 · 张媛 · Xiong, Chenchen · Li, Weihuan · Sun ZhengMing

Research 2024

具体参数

离子电导率

{'zh': '27.8', 'en': '27.8'} mS·cm⁻¹

比抗弯强度 (对比传统水泥)

{'zh': '2.2', 'en': '2.2'}

比抗压强度 (对比传统水泥)

{'zh': '1.2', 'en': '1.2'}

全电池面积比容量

{'zh': '72.2', 'en': '72.2'} mF·cm⁻²

技术优势

强度反而更高

冰模板形成的层状孔壁在水泥水化过程中被致密化，弯曲和压缩比强度分别提升至传统水泥的2.2倍和1.2倍。

离子输运快百倍

层状通道中填充的PVA/Na₂SO₄水凝胶提供了连续离子传输路径，使体相离子电导率达到27.8 mS·cm⁻¹，超过已报道的大多数水泥基和水凝胶电解质。

全固态也能工作

与水泥基电极组装的全固态电池实现了72.2 mF·cm⁻²的面积比容量，5×5 cm²模型由4个串联全电池驱动，验证了实际应用潜力。

应用场景

• 自储能建筑：将建筑构件直接变为储能单元，省去额外电池系统，降低全生命周期能耗。
• 结构储能：在承载的同时储存电能，适用于电动汽车、无人机等对重量敏感的系统。
• 固态电池：作为全固态电解质，避免液态电解液的泄漏和燃烧风险，提高安全性。
• 仿生结构材料：利用冰模板仿生构建有序层状孔结构，成功同步强化力学和离子传导性能。