儲(chǔ)能設(shè)備是現(xiàn)代人類(lèi)進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)。由于鋰電子二次電池具有工作電壓高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用極為普遍的綠色化學(xué)能源。新一代高比能量鋰電池是未來(lái)儲(chǔ)能器件的發(fā)展方向，但是由于高能量密度鋰電池因使用有機(jī)電解液而存在易漏液、著火、爆炸等一系列安全隱患，提升電池安全性便成為當(dāng)下研究的重點(diǎn)。

近日，清華大學(xué)材料學(xué)院研究出了新型固態(tài)聚合物電解質(zhì)取代傳統(tǒng)有機(jī)電解液，成功地解決了這一難題。這種電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率、低電極/電解質(zhì)界面阻抗、良好的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于提升電池的安全具有十分重要的意義。

研究人員首先通過(guò)改進(jìn)化學(xué)工藝構(gòu)建了低阻抗的石墨電極/凝膠聚合物電解質(zhì)界面。在此基礎(chǔ)上將腈類(lèi)在丁二腈全固態(tài)電解質(zhì)（SEN）中原位聚合，這樣使得電極與SEN之間保持良好的粘附性，明顯降低了界面阻抗并使得聚合物電池呈現(xiàn)處良好的電化學(xué)性能。

其次，又將二縮三丙二醇二丙烯酯單體溶于碳酸酯基電解液配得前驅(qū)體溶液，制成納米球基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)（SiSE）。由于穩(wěn)定、低阻抗的電極/固態(tài)電解質(zhì)界面和SiSE對(duì)鋰枝生產(chǎn)具有顯著抑制作用，使用SiSE的固態(tài)鋰金屬電池表現(xiàn)出優(yōu)越的循環(huán)性能和安全性。

SISE制備流程

再次，研究人員將含有氟代碳酸乙烯酯的醚類(lèi)電解液吸入納米球?qū)又频脺?zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。這種豐富的介孔結(jié)構(gòu)可吸附多硫化物限制穿梭效應(yīng)，使鋰化硅-硫全電池的循環(huán)性能得到明顯改善，并在短路條件下保持結(jié)構(gòu)無(wú)損。

最后，采用原位方法設(shè)計(jì)了高安全性層次結(jié)構(gòu)聚離子液體基固態(tài)電解質(zhì)。該電解質(zhì)同時(shí)具備高離子電導(dǎo)率，低電極/電解質(zhì)界面阻抗和良好的機(jī)械強(qiáng)度，在鋰離子和鈉離子電池中均表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學(xué)性能。

該項(xiàng)研究成果不僅成功制備了準(zhǔn)固態(tài)聚合物電解質(zhì)，并且首次將聚離子液體材料的應(yīng)用從鋰離子電池擴(kuò)展到鈉離子電池，為新型儲(chǔ)能器件的發(fā)展提供了良好的思路。