記者6日從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉,該所科研人員成功制備出一類新型聚合物材料,其能夠在分子尺度上同時(shí)實(shí)現(xiàn)離子的快速傳輸與高效存儲(chǔ),為提升固態(tài)鋰電池性能提供了全新解決方案。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》雜志。
固態(tài)鋰電池因安全性高、能量密度大,被認(rèn)為是下一代儲(chǔ)能技術(shù)的重要方向。然而,在傳統(tǒng)的固態(tài)電池里,“離子傳導(dǎo)”和“離子存儲(chǔ)”這兩個(gè)關(guān)鍵功能,分別由固態(tài)電解質(zhì)和電極材料來(lái)承擔(dān)。這種“分工明確”的模式,卻導(dǎo)致電極和固態(tài)電解質(zhì)之間的界面阻抗很大、離子傳輸效率低,嚴(yán)重影響了固態(tài)電池的整體性能。
針對(duì)這一難題,金屬所研究團(tuán)隊(duì)制備出一種在分子尺度上實(shí)現(xiàn)界面一體化的聚合物材料,兼具快離子傳輸能力與高效的離子存儲(chǔ)功能。該材料通過(guò)共價(jià)鍵,將快速的“離子傳輸通道”和具有儲(chǔ)能功能的“硫鏈結(jié)構(gòu)”集成在同一聚合物結(jié)構(gòu)中,從而將離子傳導(dǎo)與存儲(chǔ)功能“合二為一”,有效改善了固態(tài)電池中界面?zhèn)鬏斃щy的問(wèn)題。
實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算表明,這種材料的電子結(jié)構(gòu)能夠在特定電位下發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變。這意味著它可以在不同的電位區(qū)間,實(shí)現(xiàn)離子傳輸與存儲(chǔ)行為的可控切換,大大拓展了其在固態(tài)電池中的多樣化應(yīng)用場(chǎng)景。
更重要的是,基于該材料構(gòu)建的一體化柔性電池展現(xiàn)出極佳的機(jī)械穩(wěn)定性,可彎折兩萬(wàn)次以上而不影響性能。此外,將該材料作為傳統(tǒng)磷酸鐵鋰正極的聚合物電解質(zhì)時(shí),電解質(zhì)中“隱藏”的儲(chǔ)能能力可在特定電位下被激活,將復(fù)合正極能量密度提升86%。
據(jù)悉,這項(xiàng)研究不僅深化了對(duì)聚合物中離子傳輸與存儲(chǔ)機(jī)制的理解,也為發(fā)展高性能一體化電極-電解質(zhì)材料提供了新的設(shè)計(jì)思路與研究范式。
(金屬所供圖)
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