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結構儲能旨在通過將機械載荷轉移到多功能材料實現車輛級能量密度，其中粘結劑性能是開發剛性多功能儲能材料的關鍵。三硅酸鈉水玻璃是地球上含量豐富的無機粘結劑，可與多種材料結合并具有極高的化學和溫度穩定性。

圖1. 使用硅酸鹽水玻璃作為多功能粘結劑

在此，美國麻省理工學院Angela M. Belcher, Alan Ransil展示了在基于疊層的制造系統中使用這種水玻璃作為電極粘結劑來生產結構陶瓷電池（SCB），克服了粘附和離子傳輸之間的多功能權衡。這種地質聚合物表現出多種化學性質，為未來優化以提高其粘結和堿傳輸性能提供了可能性。

三硅酸鈉水玻璃在地球上含量豐富、可溶于水，并且可以在沒有有毒前體的情況下制備，因此比常用的含氟聚合物更加環保。此外，還可以作為商品化學品大規模廉價生產。

圖2. 基于疊層的制造過程

因此，在電解液溶劑的存在下，這種大塊粘結劑保持大于50 GPa的楊氏模量，而水玻璃基電極在數百次電化學循環中具有高倍率性能和穩定的放電容量。此外，粘結劑的溫度穩定性使得在疊層成形之后能夠對整個電池堆進行熱處理，以便生產剛性的承載部件。

由此制造的結構電池表現出令人印象深刻的多功能性能，其無封裝電池堆棧能量密度為93.9 Wh/kg，大大超過了之前公開報道的結構電池材料，此外，拉伸模量為1.4 GPa。這種新型粘結劑材料為使用無機地質聚合物粘結劑生產結構電池開辟了新途徑。

圖3. 結構陶瓷電池 (SCB) 全電池循環測試

Structural ceramic batteries using an earth-abundant inorganic waterglass binder, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26801-y

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