新型生物电解质材料Cardiospermum halicacabum-LiNO3 的制备及其在超级电容器与锂离子电池中的应用研究

本研究针对传统电解质的安全性与成本问题，创新性地采用药用植物气球藤(Cardiospermum halicacabum)与LiNO3 复合制备生物电解质。通过溶液浇铸技术开发出离子电导率达7.02×10?3 S cm?1 的固态膜，构建的EDLC展现出166.67 F/g比电容和6250 WKg-1 功率密度，锂离子电池输出1.7V稳定电压，为绿色能源存储提供新方案。

　　

随着全球对可持续能源存储需求的激增，传统聚合物电解质的安全性和环境友好性面临严峻挑战。在这一背景下，印度学者R. Chitra团队创新性地将目光投向传统药用植物——气球藤(Cardiospermum halicacabum)，这种广泛分布于印度的草本植物因其独特的化学结构成为研究焦点。该植物富含羟基、羧酸基等活性基团，其叶片提取物已被证实具有成膜特性，但此前从未被探索作为生物电解质材料的潜力。

研究团队采用溶液浇铸技术，通过精确调控LiNO₃
掺杂比例(0.6-1.0 wt%)，成功开发出新型C.halicacabum-LiNO₃
生物电解质系统。X射线衍射(XRD)证实了电解质的非晶态特征，傅里叶变换红外光谱(FTIR)揭示了宿主材料与锂盐之间的配位相互作用。电化学阻抗谱(EIS)分析显示，随着LiNO₃
含量增加至0.9 wt%，离子电导率显著提升至7.02×10^?3
S cm^?1
，比纯C.halicacabum基质提高了四个数量级。

关键技术方法包括：1)溶液浇铸法制备复合电解质膜；2)XRD和FTIR表征材料结构；3)EIS测试离子传导性能；4)组装EDLC器件评估电容特性；5)构建锂离子导电电池测试输出电压稳定性。

研究结果：
Materials
采用市售C.halicacabum粉末与LiNO₃
盐作为原料，通过水溶液体系实现均匀复合。

Preparation of C.halicacabum electrolytes
优化制备工艺发现，0.9 wt% LiNO₃
掺杂样品呈现最佳成膜性和机械强度。

EIS analysis
Nyquist图显示典型的半圆弧-斜线特征，0.9 wt%样品电荷转移电阻最低，对应最高离子迁移率。

Conclusion
组装的EDLC器件在50 mA/g电流密度下展现166.67 F/g比电容，功率密度达6250 WKg^-1
，且经过500次循环后容量保持率超过90%。锂离子电池测试获得1.7V稳定输出电压，证实该生物电解质具有实际应用潜力。

这项发表于《Journal of the Indian Chemical Society》的研究具有三重突破意义：首次证实C.halicacabum作为生物电解质的可行性；开发出性能媲美传统聚合物电解质的全固态系统；为可持续能源存储设备提供了廉价、易得且环境友好的新材料解决方案。特别是该植物在印度广泛分布的特性，使其具备大规模产业化的独特优势，未来或可推动发展中国家绿色能源技术的革新。