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仿贻贝三层固态电解质实现千次循环保八成

2026-08-28 3338

如今电动车电池常在续航与充电安全之间权衡。韩国全南大学Mincheol Chang带领的团队借鉴海边贻贝的黏附机制,设计出一种三层复合固态电解质,用于锂金属电池,在循环1000次后仍保留超过80%的容量,展示了提高能量密度同时抑制安全风险的潜力。

问题所在是锂金属电池虽然能量密度高,但充电时容易长出针状的“锂枝晶”,一旦刺穿电解质引发内部短路,就会带来严重的安全隐患。传统以聚环氧乙烷(PEO)为主的固态电解质导电性和机械强度往往难以兼顾,容易被枝晶穿透。

他们的解决方案是用三层材料各司其职:两层较柔软的外层与电极贴合并为锂离子提供通道,材料为PEO掺锂盐(LiTFSI);中间夹层强化机械支撑,内含氧化锂镧锆(LLZO)陶瓷颗粒,这些颗粒表面包覆了一层聚多巴胺(PDA),并与一种柔性的三嵌段共聚物结合。聚多巴胺的黏附化学直接取材于贻贝用来紧贴岩石的黏附蛋白,使陶瓷颗粒能与周围聚合物更牢固地结合,形成连通的离子传输通道并增强界面结合力。

在性能测试中,团队标注为CSE-30的配方(含有30%重PDA包覆LLZO、三层厚度相等)表现突出:其离子电导率约为常规PEO电解质的近四倍,锂离子迁移数高达0.81,意味着电流主要由锂离子承载,副离子传输较少。在整电池评测里,单位质量容量达到约133.6 mAh/g,经过1000次充放电循环后容量保持率仍超过80%,表明循环寿命显著改善。

这种三层设计的亮点在于同时兼顾离子传输效率与机械防护:柔性聚合物保证与电极的贴合与韧性,陶瓷颗粒提供刚性屏障阻挡枝晶,PDA增强层间粘结减少界面缺陷,从而降低枝晶穿透的风险。研究者认为,该体系有望推动下一代锂金属电池在电动车续航、安全、可穿戴电子与电网级储能等方面的应用。

但目前仍处于实验室阶段。要走向实际应用还需解决规模化制备、成本控制以及在真实工况下长期稳定性等问题。总体来看,用大自然成熟的黏附策略来改良电池材料是一条有前景的路线,但能否最终实现量产并广泛替代现有技术,还需进一步验证。

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