編譯／韋士塔

為了尋求功率更大，使用更安全的電池，研究人員正致力開發固體材料，以取代目前鋰離子電池中的液體電解質。美國布朗大學和馬里蘭大學的研究團隊把銅與纖維素奈米纖維（cellulose nanofibrils）結合在一起，研發一種創新、高效的固態離子導體，可望突破能量密度的瓶頸。

目前，鋰離子電池仍以液態電解質為主，原因是固體電解質多由陶瓷材料製成，儘管具有安全、能量密度高、重量輕、充電速度快等優點，但成本過於昂貴，且材質較脆弱，較難承受壓力。

研究人員在發表於《自然》（Nature）期刊的報告中指出，奈米纖維素是把植物細胞中的纖維素，進行奈米級纖維分離後形成的生質材料。以纖維素奈米纖維為基礎製造而成的固體電解質，具有輕薄如紙、有彈性、可以彎曲的優點。這種材料的導電率，比其他聚合物離子導體高出100倍，也沒有傳統液態凝膠體的易燃、高溫下不穩定、低溫時容易凍結等缺點。

研究人員表示，新型固態離子導體的離子導電係數，足以與陶瓷材料媲美，並創下固態電解質最高離子導電紀錄。此外，新的設計能提升電池的能量密度，增加電池容量，並降低電池過熱的風險。

專家指出，鋰離子電池已成為人類生活不可或缺的物品，從智慧手機、筆電到電動車，眾多產品都須使用鋰離子電池。然而，業界已經面臨鋰電池的技術瓶頸，尤其是能量密度和循環壽命。

鋰電池的能量密度是運輸工貝電動化的最大瓶頸之一，儘管鋰電池的能量效率優於內燃機，仍不足以彌補其能量密度偏低的缺點。而要提高鋰電池的能量密度，代價是減少循環壽命，但這將使產品的吸引力降低。

專家指出，以纖維素奈米纖維製作的固體電解質，有望突破電池能量密度瓶頸，把固態電池技術推向大眾市場，延長電動車或其他電動運輸工具的續航力。此外，纖維素奈米纖維取自於自然材料，也能減少生產電池過程中對環境的衝擊與破壞。

日本的科學家也正展開類似的研究，以木質材料生產高性能蓄電池。研究人員指出，目前的高性能蓄電池使用鈷、鋰等稀有金屬，但這些金屬價格昂貴且數量有限，如果能以木質材料取代，可把製造成本壓低，有助推動高性能蓄電池的量產。

日本東北大學與日本製紙公司合作研發的電池，運用專業技術把纖維素奈米纖維堆疊起來，以儲存電能，其電池能量密度可達每公斤500瓦時，大約是鋰離子電池的2.5倍。

日本製紙表示，以纖維素奈米纖維製造的電池，能大幅提高儲電量，並減少對環境的影響。該公司希望在2025年大阪世博會推出展示用的儲能系統，並在10年後將這項技術商業化。