中国科学院大连化学物理研究所等成功研发具有钢筋混凝土结构的超薄电解质膜

5月2日，中国科学院大连化学物理研究所陈忠伟院士团队联合浙江万里学院王新团队在《先进材料》发文，成功研发一种厚度为8.4微米（µm）的超薄固态电解质膜。该电解质膜采用了类似钢筋混凝土的结构设计，并具备加速的离子跃迁迁移能力，从而实现了固态电池的快速充电功能。

在无人机长续航作业与消费电子高功率应用领域，兼具快速充电特性和高能量密度的固态锂金属电池研制仍面临重大技术挑战。该体系的核心技术瓶颈在于这些应用需要固态电解质在维持稳定锂离子传输通道和机械结构耐久性的前提下，同步实现快充所需的快速界面电荷转移过程，这对材料的多尺度协同设计提出了严苛要求。研究团队构建了“钢筋混凝土”结构的超薄固态电解质膜，其中，聚合物基体作为“钢筋”提供强度，纳米陶瓷导体作为“混凝土”分散其中。这种结构不仅增强了固态电解质膜的机械性能，还通过聚合物链诱导锂离子快速迁移至陶瓷导体表面，构建了额外的离子传输通道，实现了锂离子的均匀分布和快速传输。此外，该电解质膜的厚度仅为8.4微米（µm），极大地缩短了锂离子的扩散距离，进一步提高了离子传输效率。研究显示，该电解质膜组装的固态锂金属电池在6分钟内可充电至100%状态，在10库仑（C）的高倍率下经过1300次循环后，仍保持了89.2%的出色容量保持率；而其制备的1.2安时（Ah）软包电池能量密度高达415.2瓦时每千克（Wh/kg），且能够在5库仑（C）的倍率下稳定循环。该研究将钢筋混凝土结构设计与新型离子传输机制相结合，为下一代储能系统中超薄固态电解质的合理设计提供了新途径。