垂直连续陶瓷/聚合物异质界面阵列提升复合固态电解质离子电导率

锂电池作为消费电子产品、电动车和未来电网的关键储能器件，在现代社会中扮演着日益重要的角色。固态电解质材料是下一代高比特性、高安全锂电池技术的核心，提升其离子电导率是相关研究工作的主要目标之一。由聚合物基体和陶瓷填料组成的复合固态电解质与现有锂电池制造工艺兼容，且陶瓷填料与聚合物在复合界面处的相互作用有利于提高离子电导率。然而，常规复合固态电解质中随机取向、非连续分布的异质界面未能充分发挥通过这一增强机制的潜力。最近，斯坦福大学崔屹教授课题组与电子科技大学向勇教授课题组合作，以阳极氧化铝（Anodic Aluminum Oxide, AAO）多孔模板作为陶瓷骨架、聚氧化乙烯（polyethylene oxide, PEO）作为离子传输介质，在复合固态电解质中构筑了高密度且规则排布的垂直连续异质界面阵列，实现了离子电导率的大幅提升，为高性能固态电解质材料设计提供了新的思路。该工作以“Vertically-aligned and continuous nanoscale ceramic-polymer interfaces in composite solid polymer electrolytes for enhanced ionic conductivity”为题，发表于国际顶级期刊Nano Letters（影响因子12.712）。

在该研究中，张晓琨、谢琎等研究人员首次通过实验证实了陶瓷/聚合物界面处的增强离子传导行为，并计算出界面离子电导率在0 ℃下仍高于10-3 S/cm。通过陶瓷表面修饰与聚合物分子量优化，AAO/PEO复合固态电解质（AAO-Polymer Composite Electrolytes, APCE）样品在室温下实现了高达5.82 × 10-4 S/cm的整体离子电导率。得益于该固态电解质材料优异的综合性能，基于APCE的Li-Li对称电池极化电势低、循环稳定性优异且有效防止了锂枝晶穿刺导致的短路问题。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b01111

（黄伯阳）