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（圖片來源：浦項科技大學）

 

       隨著對電動汽車的需求日益增長，全固態(tài)電池日益受到關(guān)注。由于鋰離子電池存在易爆風險，全固態(tài)電池被視為新一代電池選項。然而，固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子電導率低，固態(tài)硫化物電解質(zhì)的化學穩(wěn)定性低，阻礙了電動汽車的普及。據(jù)外媒報道，浦項科技大學（POSTECH）創(chuàng)建了一種“無死區(qū)”聚合物電解質(zhì)，從而加快離子傳輸速度，推進全固態(tài)電池商業(yè)化。

 

       該研究團隊創(chuàng)建了一種新型嵌段共聚物電解質(zhì)（block copolymer electrolyte），可通過靜電相互作用來控制結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)二維形態(tài)中，不可避免地會存在死區(qū)（dead zone），這些區(qū)域的離子遷移率較低。這項研究從根本上解決了這一問題。

 

       目前，大部分儲能系統(tǒng)仍在使用鋰離子電池。在鋰離子電池中，離子通過電解液移動，而電解液具有易燃性，極易導致電池發(fā)生火災或爆炸。為了克服這一缺陷，全固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)。聚合物具有彈性，即使在發(fā)生碰撞情況下，基于聚合電解質(zhì)的全固態(tài)電池，也能保持穩(wěn)定性能，不易發(fā)生火災。而且，與同等尺寸和重量的鋰離子電池相比，其能量密度要高出1.5-1.7倍，使用時間也更長。與鋰離子電池相比，全固態(tài)電池中只有一個電極和電解質(zhì)，正負極之間沒有隔板。科學家們通過控制聚合電解質(zhì)的靜電相互作用，創(chuàng)建了一種納米結(jié)構(gòu)電解質(zhì)。

 

       研究人員通過先進的合成方法，合成了一組具有不同靜電相互作用強度的聚合物電解質(zhì)，并通過小角X射線散射剖面(SAXS profile)，證實了這些電解質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)。另外，韓國科學家首次通過大量分子動力學模擬，分析了納米結(jié)構(gòu)中的離子分布。研究人員通過模擬，檢測在幾埃（Å）尺度上的電荷分布，并確認這是創(chuàng)建新穎的3D低對稱形態(tài)的關(guān)鍵。

 

       本研究的獨特之處在于，低對稱性形態(tài)在雙金屬化合物材料中很常見，對于聚合物電解質(zhì)而言，卻是前所未有的。另外，通過實驗和理論計算，系統(tǒng)地確定了這些納米結(jié)構(gòu)形成的原因，具有重要意義。此外，這項研究首次提出了一種方法，通過控制聚合物電解質(zhì)中Å單位水平的電荷分布，來制備電導率比二維形態(tài)高10倍的固體電解質(zhì)。

 

       研究人員表示，比起典型的二維結(jié)構(gòu)，新納米結(jié)構(gòu)能夠極大提升離子導電性。這為加速全固態(tài)電池商業(yè)化，開發(fā)安全電池，提供了潛在路徑。