近日，广东工业大学轻工化工学院张山青教授团队在锂金属电池电解质材料设计与界面调控方面取得系列重要进展，两项成果分别发表于《先进材料》和《德国应用化学》。两篇论文均以广东工业大学为第一完成单位，为高安全、高能量密度、宽温域锂金属电池的实用化提供了全新设计思路。
针对凝胶电解质机械强度与离子电导率难以兼得的共性难题，团队提出利用分子间氢键竞争调控微观结构的策略。通过一步原位聚合，在电解质内部自发构建纳米级双连续结构：富聚丙烯酰胺刚性区域承担力学支撑，提升材料强度；富二甲基丙烯酰胺柔性区域与电解液良好互溶，形成连续离子传输通道。所得深共晶凝胶电解质兼具高离子电导率和优异力学性能，配合氟化组分协同优化电极界面，能有效抑制锂枝晶生长和副反应。组装电池循环寿命显著提升，且材料具有自修复和阻燃特性，安全性进一步增强。该成果发表于《先进材料》。
针对锂金属电池正负极界面难以同时稳定、极端工况下性能衰减快的问题，团队开发了基于异丁腈的新型杂化电解液体系。该体系无需大量功能添加剂，仅凭核心溶剂的双效作用即可同步优化两端界面：负极侧重构锂溶剂化结构，形成富含无机组分的稳定保护层，加速离子传输；正极侧形成吸附保护层，抑制高电压下电解液氧化和金属离子溶出。采用该电解液的电池可在零下40℃至60℃宽温区内稳定工作，支持高电压运行和超快充电，组装软包电池能量密度达403 Wh/kg，极寒环境下仍可保持大部分室温容量。相关成果发表于《德国应用化学》。
研究人员表示，两项研究分别从固态凝胶电解质和新型液态电解液两条技术路径出发，系统解决了锂金属电池力学稳定性、界面兼容性和极端环境适应性等核心问题，进一步夯实了该校在储能材料领域的研究基础，也为下一代高安全、高比能电化学储能技术发展提供了重要理论支撑与技术方案。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.74180
https://doi.org/10.1002/anie.1137561
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