科技日报记者 陆成宽
记者6日从中国科学院金属研究所获悉，该所科研人员成功制备出一类新型聚合物材料，其能够在分子尺度上同时实现离子的快速传输与高效存储，为提升固态锂电池性能提供了全新解决方案。相关研究成果发表于《先进材料》杂志。
固态锂电池因安全性高、能量密度大，被认为是下一代储能技术的重要方向。然而，在传统的固态电池里，“离子传导”和“离子存储”这两个关键功能，分别由固态电解质和电极材料来承担。这种“分工明确”的模式，却导致电极和固态电解质之间的界面阻抗很大、离子传输效率低，严重影响了固态电池的整体性能。
针对这一难题，金属所研究团队制备出一种在分子尺度上实现界面一体化的聚合物材料，兼具快离子传输能力与高效的离子存储功能。该材料通过共价键，将快速的“离子传输通道”和具有储能功能的“硫链结构”集成在同一聚合物结构中，从而将离子传导与存储功能“合二为一”，有效改善了固态电池中界面传输困难的问题。
实验与理论计算表明，这种材料的电子结构能够在特定电位下发生可逆转变。这意味着它可以在不同的电位区间，实现离子传输与存储行为的可控切换，大大拓展了其在固态电池中的多样化应用场景。
更重要的是，基于该材料构建的一体化柔性电池展现出极佳的机械稳定性，可弯折两万次以上而不影响性能。此外，将该材料作为传统磷酸铁锂正极的聚合物电解质时，电解质中“隐藏”的储能能力可在特定电位下被激活，将复合正极能量密度提升86%。
据悉，这项研究不仅深化了对聚合物中离子传输与存储机制的理解，也为发展高性能一体化电极-电解质材料提供了新的设计思路与研究范式。
（金属所供图）
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