锂离子电池广泛应用于智能手机和电动汽车。在锂离子电池中，锂离子通过电解质在正极和负极之间来回移动，从而实现反复充放电。
图片来源：日本东北大学
通常情况下，有机电解质具有耐电压性和离子导电性，如液态碳酸亚乙酯（EC）及其凝胶，可用作锂离子电解质。然而，由于液体和凝胶易燃，采用更安全的聚合物固体电解质，可能效果更好。以前已有研究人员提出，将聚乙二醇（PEG）等聚合物固体电解质作为耐冲击的锂离子电解质。但是，PEG基聚合物电解质在接近室温时会结晶，导致锂离子电导率大幅下降至10-6 S/cm左右。
分别为照片（左）、扫描电子电显微镜图像（中）和复合电解质结构示意图（右）；图片来源：日本东北大学
据外媒报道，为了解决这一问题，研究团队发明了一种新型聚合物固体电解质，将具有若干微米孔的多孔聚合物膜与光交联聚乙二醇PEG基聚合物电解质相结合。该聚合物固体电解质具有较宽的电位窗（4.7 V）、高锂离子电导率（10-4 S/cm级别，可与液体电解质相媲美，足以用于实际用途）和较高的锂离子迁移数（0.39）。
锂离子在电解液中迁移时会自然扩散，向不同的方向移动。在两个电极之间，其移动距离在几微米到10微米之间，而且并不总是线性移动，这是离子电导率下降的原因之一。在本项研究中，研究人员将光交联聚乙二醇基固体聚合物电解质与微米级多孔膜复合，从而改善其性能。
这种聚合物固体电解质不仅表现出高性能，而且因为包覆了多孔膜，预计可有效阻止锂枝晶形成。这将有助于实现安全、高性能的锂电池，推动可持续能源供应。
不同孔径蜂窝膜复合电解质的离子电导率与温度的关系
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