近期，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在《自然納米技術(shù)》期刊上發(fā)布了一項(xiàng)關(guān)于柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的研究成果。該電解質(zhì)采用層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在無(wú)需外部壓力的情況下，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似液態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，為全固態(tài)鋰電池的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)提供了新路徑。

固態(tài)電解質(zhì)因其替代易燃液體電解質(zhì)，被視為構(gòu)建更安全、高能量密度電池的關(guān)鍵組件。然而，傳統(tǒng)高電導(dǎo)率固體材料往往存在脆性，需要高堆疊壓力來(lái)維持電池組件間的接觸，增加了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。新開(kāi)發(fā)的層狀電解質(zhì)通過(guò)將離子傳導(dǎo)與機(jī)械柔性功能分離，有效解決了這一難題。

該電解質(zhì)由垂直對(duì)齊的LixMyPS3(LiMPS，M為Cd或Mn)無(wú)機(jī)納米片層與聚環(huán)氧乙烷聚合物層交替排列組成。無(wú)機(jī)層創(chuàng)建了連續(xù)的超離子通道，而聚合物層則提供柔性，幫助保持電極緊密接觸。在測(cè)試中，PA-LiCdPS/PEO版本在25°C下達(dá)到10.2 mS cm-1的離子電導(dǎo)率，與液體電解質(zhì)相當(dāng);PA-LiMnPS/PEO版本在相同條件下為6.1 mS cm-1，顯示該結(jié)構(gòu)適用于不同化學(xué)體系。

除了高電導(dǎo)率，該材料還展現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械柔性，允許電池單元在循環(huán)過(guò)程中適應(yīng)電極體積變化，無(wú)需大的外部壓力。使用PA-LiCdPS/PEO的紐扣電池在堆疊壓力低于0.5 MPa下運(yùn)行，經(jīng)過(guò)600次循環(huán)后容量保持率達(dá)92%;軟包電池在低于0.1 MPa壓力下也能穩(wěn)定工作，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，有利于規(guī)模化生產(chǎn)。

研究人員還解決了硫化物基電解質(zhì)的空氣敏感性問(wèn)題。傳統(tǒng)材料在潮濕空氣中易降解并釋放硫化氫氣體，而新電解質(zhì)在暴露七天后仍保持高電導(dǎo)率，硫化氫釋放可忽略不計(jì)。通過(guò)仿生柔性框架構(gòu)建連續(xù)超離子通道，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高離子電導(dǎo)率與機(jī)械順應(yīng)性的共存，避免了屬性間的權(quán)衡。

如果未來(lái)可擴(kuò)展，這一方法有望推動(dòng)固態(tài)電池在電動(dòng)汽車(chē)和電網(wǎng)存儲(chǔ)等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，滿(mǎn)足對(duì)安全性、耐久性和簡(jiǎn)化組裝的需求。層狀固態(tài)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)標(biāo)志著電池技術(shù)向高性能、低成本方向邁出了重要一步。