近日，我?！霸鈱W(xué)者”特聘崗獲得者劉賓元教授與中國(guó)科學(xué)院物理研究所胡勇勝研究員、容曉暉特聘研究員跨領(lǐng)域合作，基于分子間相互作用以及超分子自組裝科學(xué)提出了兩種具有特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)（ASPEs）的設(shè)計(jì)理念，獲得了綜合性能優(yōu)異的聚合物固態(tài)電解質(zhì)，在全固態(tài)電池領(lǐng)域連續(xù)取得重要進(jìn)展。全固態(tài)鋰金屬電池（AS-LMBs）因其高能量密度和高安全性的優(yōu)勢(shì)，使其成為開(kāi)發(fā)下一代儲(chǔ)能裝置最具前景的材料技術(shù)，但是當(dāng)前的AS-LMBs的綜合性能仍然無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求。聚環(huán)氧乙烷（PEO）基固態(tài)電解質(zhì)（SPEs）是最接近實(shí)際應(yīng)用的聚合物電解質(zhì)之一，但仍存在許多問(wèn)題，如：室溫離子電導(dǎo)率低、電化學(xué)窗口窄、陽(yáng)離子遷移數(shù)低以及機(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率相悖性的問(wèn)題等，如何制備兼具高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)窗口、高陽(yáng)離子遷移數(shù)和良好的機(jī)械強(qiáng)度的SPEs仍然面臨著巨大挑戰(zhàn)。
圖1富氟大分子復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的改性機(jī)理以及性能表現(xiàn)
劉賓元教授與胡勇勝研究員、容曉暉特聘研究員跨領(lǐng)域合作研究所獲得的綜合性能優(yōu)異的聚合物固態(tài)電解質(zhì)中，構(gòu)筑的多臂煙花型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的富氟聚合物用于固態(tài)聚合物電解質(zhì)后，不僅具有高機(jī)械強(qiáng)度、高離子電導(dǎo)率、高離子遷移數(shù)，還能兼容高電壓三元正極材料。該工作于2022年7月19日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature Communications（自然通訊），并由該期刊高級(jí)編輯Rinaldo Raccichini（里納爾多·拉奇基尼）作為“Energy（能源）”專題的“Editors’Highlights（編輯亮點(diǎn)）”予以推薦。
此后，針對(duì)固態(tài)聚合物電解質(zhì)普遍存在的機(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率難以同時(shí)提升的矛盾，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過(guò)超分子自組裝驅(qū)動(dòng)的高熵微域互鎖策略，實(shí)現(xiàn)了高機(jī)械強(qiáng)度、高離子電導(dǎo)率和高陽(yáng)離子遷移數(shù)的新型全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。該工作于2022年11月3日發(fā)表在材料領(lǐng)域國(guó)際著名期刊Advanced Materials（先進(jìn)材料）(IF:32.086)上發(fā)表題為“High-Entropy Microdomain Interlocking Polymer Electrolytes for Advanced All-Solid-State Battery Chemistries”（高熵微區(qū)互鎖聚合物電解質(zhì)助力高性能全固態(tài)電池）。
劉賓元教授
博士生蘇韻
兩篇學(xué)術(shù)論文的第一單位均為河北工業(yè)大學(xué)，劉賓元教授為兩篇文章的通訊作者，我校與中國(guó)科學(xué)院物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士生蘇韻為兩篇文章的第一作者（唯一）。
圖2 高拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)熵的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)
從超分子自組裝和動(dòng)態(tài)鍵合關(guān)系的角度挖掘了全固態(tài)聚合物電解質(zhì)改性的有效策略，為解決全固態(tài)聚合物電解質(zhì)高電壓穩(wěn)定性以及離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度相悖性開(kāi)辟了新的途徑，推動(dòng)了高能量密度、高安全、長(zhǎng)壽命全固態(tài)電池的發(fā)展，有望在電動(dòng)交通工具、大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域得到應(yīng)用。
劉賓元，教授，博士生導(dǎo)師。2010年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃，石河子大學(xué)“綠洲學(xué)者”講座教授、河北工業(yè)大學(xué)“元光學(xué)者”。長(zhǎng)期從事二氧化碳的化學(xué)利用、生物質(zhì)基高分子材料合成和高性能聚烯烴材料設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的研究工作，主持完成了包括國(guó)家自然科學(xué)基金在內(nèi)的縱向課題十幾項(xiàng)，獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利二十余項(xiàng)；在Nature Commun.（自然通訊）、Adv. Mater.（先進(jìn)材料）、Green Chem.（綠色化學(xué)）、ACS Catal.（美國(guó)化學(xué)會(huì)旗艦期刊）、J. Catal.（催化雜志）、Macromolecules（大分子）、Polymer（英國(guó)化學(xué)學(xué)術(shù)期刊）等期刊發(fā)表論文130多篇。
材料來(lái)源：化工學(xué)院 審核：郭宏飛 李志明
