科大工学院团队为高性能全固态锂金属电池研制先进固态电解质
香港科技大学（科大）工学院的研究团队，最近成功研发一种新一代用於锂金属电池的固态电解质，能够大幅提升电池的安全性和性能。这项突破性发现，有助於推动应用於电动车丶便携式电子产品和电网供电等领域的储能技术发展。
与传统锂金属电池相比，全固态锂金属电池以固态电解质取代了易燃的液态电解质，并抑制锂枝晶生长的有害现象，有效提高电池的安全性和能量密度。这种电池为开发新一代储能技术带来前景。然而，全固态锂金属电池的广泛应用受到室温下的低离子电导率和锂离子传递数的限制。
为解决这项挑战，由科大化学及生物工程学系助理教授Yoonseob KIM领导的研究团队，开发了一种新颖的制备方法，结合一种称为离子型共价有机框架（iCOF）的多孔结晶聚合物与聚离子液体（PIL），制造出无溶剂和无塑化剂添加的高性能固态电解质。
这种新型iCOF/PIL合成固态电解质，在室温下具有高离子电导率（达1.50 x 10−3 S cm−1）和高锂离子传输性能（大於0.8）。通过结合实验数据和分子动力学模拟结果分析，团队发现PIL丶双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂盐（LiTFSI）和iCOF之间建立的共配位和竞争配位机制能够加快锂离子传输，并同时限制TFSI离子的移动。
团队利用这种高性能固态电解质，进一步制造了一款由合成固态电解质与磷酸铁锂合成正极（LiFePO4 composite cathode）组成的完整锂金属电池。团队发现该电池在1C充放电率和室温下带有141.5 mAh g−1的初始放电容量，经800次循环充电和放电後，仍然保持显着的87%容量。
Kim教授表示：「我们提出的突破性方法首次成功展示出运行稳定丶具高可逆容量的全固态锂金属电池，充分展现了iCOFs於电化学储能装置的巨大潜力，为全固态锂金属电池於电动车丶便携式电子产品和电网供电等的广泛应用提供了新路向。」
这项研究由科大和上海交通大学丶浙江大学和韩国汉阳大学的研究人员合作完成，最近於能源领域的顶级期刊《先进能源材料期刊》（Advanced Energy Materials）上发表，论文的标题为「基於离子型共价有机框架复合物的高性能全固态锂金属电池」。
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（原文於2024年7月18日在EurekAlert刊登。）