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在新能源材料領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)更高能量密度、更安全、更持久的鋰金屬電池，一直是科研界的一大難題。記者9月6日從云南大學(xué)獲悉，該校材料與能源學(xué)院的郭洪教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型酰氨基功能化聚合物電解質(zhì)，為鋰金屬電池的長(zhǎng)壽命運(yùn)行提供了有力保障。相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》上。
在能源存儲(chǔ)技術(shù)日新月異的今天，鋰金屬電池因其高能量密度和潛在的安全性提升，被視為未來(lái)電池技術(shù)的重要方向，其中固態(tài)電解質(zhì)性能的優(yōu)化尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)雖然具有界面接觸性好、工業(yè)化生產(chǎn)潛力大等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中卻面臨著機(jī)械性能不足、鋰離子（Li+）傳輸效率低、電極或電解質(zhì)界面穩(wěn)定性差等挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了鋰金屬電池的性能和壽命。
針對(duì)這些挑戰(zhàn)，郭洪教授團(tuán)隊(duì)提出了創(chuàng)新的分子設(shè)計(jì)策略，通過(guò)引入豐富的酰氨基位點(diǎn)，構(gòu)建了一個(gè)獨(dú)特的分層超分子網(wǎng)絡(luò)，巧妙結(jié)合了永久化學(xué)交聯(lián)和可逆氫鍵，使聚合物電解質(zhì)在保持高度機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，具備了優(yōu)異的柔韌性。更重要的是，酰氨基位點(diǎn)的引入為鋰離子提供了快速且可逆的傳輸通道，顯著提升了電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)性能。此外，整個(gè)聚合物基質(zhì)的預(yù)去溶劑化效應(yīng)也進(jìn)一步促進(jìn)了鋰離子的傳輸效率，使其在電解質(zhì)中的遷移更加迅速和均勻。
除了優(yōu)異的傳輸性能，這種新型聚合物電解質(zhì)還能夠在電極表面形成穩(wěn)定的界面層，有效防止了鋰枝晶的生成和界面副反應(yīng)的發(fā)生。鋰枝晶是鋰金屬電池中常見(jiàn)的問(wèn)題，它們不僅會(huì)導(dǎo)致電池短路，還會(huì)加速電池的老化過(guò)程。因此，這種雙重強(qiáng)化的界面穩(wěn)定性對(duì)于提高電池的安全性和循環(huán)壽命至關(guān)重要。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用這種新型電解質(zhì)的鋰金屬電池，在循環(huán)測(cè)試中展現(xiàn)出了驚人的耐久性。在完整充放電情況下，磷酸鐵鋰正極搭配鋰金屬負(fù)極的電池經(jīng)過(guò)850次循環(huán)后，容量保持率仍高達(dá)96.5%；而鈷酸鋰正極的電池則在300次循環(huán)后保持了96.8%的容量。
據(jù)了解，這一新成果是對(duì)固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計(jì)的一次重大創(chuàng)新，證明其在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力，為解決鋰金屬電池面臨的諸多挑戰(zhàn)提供了新思路，也為未來(lái)開(kāi)發(fā)更高性能、更長(zhǎng)壽命的固態(tài)電池奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和材料基礎(chǔ)，在電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
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