【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】固態(tài)聚合物電解質(zhì)因其低界面阻抗、出色的電極兼容性及優(yōu)異的機(jī)械柔韌性，在實(shí)現(xiàn)高能量密度與高安全性鋰金屬電池方面?zhèn)涫荜P(guān)注。然而，其室溫離子電導(dǎo)率低、Li?遷移數(shù)有限及機(jī)械強(qiáng)度不足等問題，長期制約著固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，研究者提出了多種解決方案。通過小分子交聯(lián)聚合構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，已被證實(shí)能有效提升鏈段自由度，促進(jìn)高效離子傳輸。此外，垂直取向的一維/二維功能性填料通過建立連續(xù)離子傳輸通道，能降低離子擴(kuò)散阻力并增強(qiáng)聚合物基體機(jī)械強(qiáng)度。然而，受限于不同材料的特性差異，填料選擇與結(jié)構(gòu)構(gòu)筑始終面臨難以突破的技術(shù)瓶頸。
 

　　近日，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院高國新副教授團(tuán)隊(duì)成功攻克這一難題，提出“多層級(jí)孔道納米芳綸支撐雙交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)”的創(chuàng)新策略。團(tuán)隊(duì)通過小分子單體共聚，構(gòu)建出以短醚鏈為側(cè)鏈的聚合物網(wǎng)絡(luò)，從根本上打破了醚類聚合物在室溫下易結(jié)晶的行業(yè)困境；同時(shí)，借助氫鍵自組裝技術(shù)，打造出具有多層級(jí)孔道的芳綸納米纖維氣凝膠——該特殊結(jié)構(gòu)不僅能有效錨定陰離子基團(tuán)、抑制電池極化，還能為Li?開辟連續(xù)且快速的傳輸通道。兩種聚合物網(wǎng)絡(luò)通過三維互穿實(shí)現(xiàn)功能協(xié)同，最終研發(fā)出的固態(tài)電解質(zhì)，室溫離子電導(dǎo)率成功達(dá)到10?? S cm?¹的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。更值得關(guān)注的是，這種創(chuàng)新結(jié)構(gòu)還促使鋰金屬與電解質(zhì)界面形成 “富有機(jī)-富無機(jī)雙層固態(tài)電解質(zhì)界面膜(SEI膜)”，在提升界面兼容性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了鋰的均勻沉積與剝離，從根源上規(guī)避了鋰枝晶生長帶來的安全隱患。基于該電解質(zhì)組裝的全電池，在室溫環(huán)境下成功實(shí)現(xiàn)超1000次充放電穩(wěn)定循環(huán)，性能表現(xiàn)達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。此項(xiàng)技術(shù)突破不僅為固態(tài)聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化提供了全新思路，更將為我國高安全鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力，推動(dòng)新能源儲(chǔ)能領(lǐng)域技術(shù)革新。
 

　　目前，該研究成果以《具有多層陣列結(jié)構(gòu)的芳綸納米纖維氣凝膠骨架增強(qiáng)固態(tài)鋰金屬電池的離子傳輸與界面穩(wěn)定性》(Hierarchically Aligned Aramid Nanofiber Aerogel Framework Enhances Ionic Transport and Interfacial Stability of Solid-State Lithium-Metal Batteries)為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》(Advanced Functional Materials)上。西安交大博士生答欣宇為本文的第一作者，高國新副教授、郗凱教授及丁書江教授共同擔(dān)任通訊作者。
 

　　該工作得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。研究的開展得到了西安交通大學(xué)國家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)的幫助。論文的表征分析得到了西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。