鋰/鈉二次電池由于輸出電壓高、自放電率低、能量密度大、無記憶效應(yīng)且綠色環(huán)保而備受關(guān)注，但其安全性需要解決并關(guān)系著未來二次電池的發(fā)展。全固態(tài)聚合物電解質(zhì)質(zhì)量輕、易成膜、粘彈性好，在提高電池能量密度、拓寬工作溫度區(qū)間、延長使用壽命、提高安全性能及多功能結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)靈活性等方面也都有很大的優(yōu)勢(shì)，為新型柔性電子器件的設(shè)計(jì)、薄膜電池的層壓制備及抑制鋰/鈉金屬電池內(nèi)部枝晶的生長等方面提供了新的解決方案。聚氧乙烯(PEO)基聚合物及其衍生物是研究最早也是最為廣泛的聚合物基體，室溫下包含結(jié)晶相和無定形相，結(jié)晶相的存在阻礙了Li+/Na+的遷移過程，其較低的離子電導(dǎo)率及與電極材料較差的界面相容性嚴(yán)重阻礙了PEO基電解質(zhì)在鋰/鈉二次電池中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒摻雜能夠改善PEO基聚合物電解質(zhì)離子傳輸效率，一方面納米顆粒能夠破壞聚合物基體的有序規(guī)整度，提升有機(jī)鏈段的運(yùn)動(dòng)能力，另一方面納米顆粒表面官能團(tuán)與鋰鹽會(huì)產(chǎn)生交互作用，促進(jìn)了鋰鹽的離解。然而納米顆粒的分散性、尺寸大小及比表面積對(duì)聚合物電解質(zhì)性能的影響至關(guān)重要。

中南大學(xué)韋偉峰教授課題組在AdvancedScience上發(fā)表了一篇題為“HighIon-ConductingSolid-StateCompositeElectrolyteswithCarbonQuantumDotNanofillers”的文章，設(shè)計(jì)合成了一種由顆粒尺寸為2-3nm、具有高分散性且表面富含氧官能團(tuán)的碳量子點(diǎn)(CQDs)和PEO組成的納米復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。CQDs較好的分散性及表面含氧官能團(tuán)能夠與堿金屬鹽和醚氧鏈段產(chǎn)生交互作用，有助于堿金屬鹽的離解及醚氧鏈段的運(yùn)動(dòng)能力。測試結(jié)果表明，PEO/CQDs復(fù)合電解質(zhì)中自由離子數(shù)目和無定形相得到了提升，室溫下PEO/CQDs-Li及PEO/CQDs-Na電解質(zhì)離子電導(dǎo)率分別達(dá)到1.39×10^-4S/cm和7.17×10^-5S/cm，Li+及Na+遷移數(shù)分別提升為0.48和0.42，裝配的LiFePO4(LFP)‖PEO/CQDs-Li‖Li及Na3V2(PO4)3(NVP)‖PEO/CQDs-Na‖Na電池均表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

研究者采用簡便、低能耗的方法制備出產(chǎn)率較高、分散性較好且表面富含氧官能團(tuán)的CQDs，并首次將CQDs與PEO聚合物基體復(fù)合得到一種新型全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)性能的顯著提升并對(duì)CQDs、聚合物基體及堿金屬鹽之間的交互作用進(jìn)行了詳細(xì)的分析表征。這種簡便的合成方法及PEO/CQDs電解質(zhì)優(yōu)越的電化學(xué)性能有助于進(jìn)一步推動(dòng)納米復(fù)合聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)及發(fā)展。