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



分別為照片（左）、掃描電子顯微鏡圖像（中）和復合電解質結構示意圖（右）

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



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



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



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



由于自然擴散，在電解質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，這是離子電導率下降的原因之一。



因此，在目前的研究中，通過將光交聯 PEG 基固體聚合物電解質與微米級多孔膜相結合，可以增強其工作能力。



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