傳統(tǒng)的聚合物電解質(zhì)在室溫下的離子導(dǎo)電性遠(yuǎn)低于液體和陶瓷電解質(zhì)，限制了它們?cè)?span id="2w8e9um" class="wpcom_tag_link">電池中的實(shí)際應(yīng)用。

在此，復(fù)旦大學(xué)陳茂教授，昆山杜克大學(xué)林欣蓉副教授和馬薩諸塞理工學(xué)院Yang Shao-Horn教授等人通過在交替的聚合物序列中精確放置設(shè)計(jì)的重復(fù)單元，實(shí)現(xiàn)了鋰離子的均勻分布、非聚集的鋰離子-陰離子溶劑化以及通過序列協(xié)助的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)離子遷移，從而將鋰離子導(dǎo)電性調(diào)整高達(dá)三個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖1. 不同聚合物序列中Li⁺解離的分析

總之，該工作發(fā)現(xiàn)序列控制對(duì)鋰離子的解離和傳導(dǎo)具有根本性影響，它賦予聚合物側(cè)鏈期望的鏈運(yùn)動(dòng)性能，克服了固態(tài)聚合物電解質(zhì)的離子傳輸固有限制。通過使用交替排列的氟化鋰鹽和PEO掛鏈，研究人員提高了離子分布的分子級(jí)均一性，調(diào)控了陰離子-Li⁺絡(luò)合反應(yīng)，從而提高了Li+的解離，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的序列輔助PEO-Li⁺-陰離子遷移。

此外，交替排列的單離子聚合物電解質(zhì)（SIPE）能夠在室溫下實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰金屬電池的運(yùn)行，解決了固態(tài)電解質(zhì)長期以來的問題。這項(xiàng)研究表明，聚合物序列可以更精細(xì)地編程，各種功能可以被設(shè)計(jì)，為在鋰電池之外的能源設(shè)備中實(shí)現(xiàn)高效的離子傳輸和多功能離子導(dǎo)電材料開辟了新途徑。

圖2. 電池性能

Sequencing polymers to enable solid-state lithium batteries, Nature Materials 2023 DOI：10.1038/s41563-023-01693-z