商用電池中經(jīng)常使用的鋰離子電池 (LIB) 有助于當(dāng)代 ITC 社會，包括電動汽車和智能手機(jī)。LIBs通過鋰離子（Li-ion）在正極和負(fù)極之間來回不斷地充電和放電，鋰離子電解質(zhì)充當(dāng)離子的通道。



分別為照片（左）、掃描電子顯微鏡圖像（中）和復(fù)合電解質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖（右）

有機(jī)電解質(zhì)，例如液態(tài)碳酸亞乙酯 (EC) 及其凝膠，由于其離子導(dǎo)電性和耐電壓性，通常被用作鋰離子電解質(zhì)。然而，由于凝膠和液體是可燃的，因此需要轉(zhuǎn)向更安全的聚合物固體電解質(zhì)。



聚合物固體電解質(zhì)，例如聚乙二醇 (PEG)，已被推薦作為抗沖擊鋰離子電解質(zhì)。然而，基于 PEG 的聚合物電解質(zhì)傾向于在室溫附近結(jié)晶，導(dǎo)致鋰離子電導(dǎo)率大幅下降至約 10-6 S/cm。



為了解決這個問題，研究團(tuán)隊設(shè)計了一種新型聚合物固體電解質(zhì)，將具有許多微米孔的多孔聚合物膜和可光交聯(lián)的聚乙二醇 PEG 基聚合物電解質(zhì)集成在一起。



聚合物固體電解質(zhì)實現(xiàn)了寬的電位窗口（4.7 V）、高的鋰離子遷移數(shù)（0.39）和10-4 S/cm組的高鋰離子電導(dǎo)率，相當(dāng)于液體，并且足以滿足現(xiàn)實世界的使用。



由于自然擴(kuò)散，在電解質(zhì)中移動的鋰離子沿不同方向移動。該距離為許多 μm 到 10 μm，并且在電極之間并非始終呈線性移動，這是離子電導(dǎo)率下降的原因之一。



因此，在目前的研究中，通過將光交聯(lián) PEG 基固體聚合物電解質(zhì)與微米級多孔膜相結(jié)合，可以增強(qiáng)其工作能力。



這種聚合物固體電解質(zhì)表現(xiàn)出作為電解質(zhì)的高性能及其在防止鋰枝晶（枝晶晶體）發(fā)展方面的有效性，由于添加了多孔膜，鋰枝晶會導(dǎo)致著火。實現(xiàn)安全、高性能的鋰離子電池將有助于建立可持續(xù)能源供應(yīng)。