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新材料讓離子在固態(tài)中也能順暢移動(dòng)
2025年12月22日 17:06:05
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：817
通常來說，電解質(zhì)中離子運(yùn)動(dòng)越活躍，離子電導(dǎo)率越高，電解質(zhì)的導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。而液體在固化時(shí)分子會(huì)被鎖定，從而限制離子運(yùn)動(dòng)，因此固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率往往不理想。這也是為什么固態(tài)電池的性能常常無法達(dá)到預(yù)期，且固態(tài)電池的研發(fā)過程十分艱難。
離子是原子或原子基團(tuán)失去或得到一個(gè)或幾個(gè)電子而形成的帶電荷的粒子。而這種粒子在電場的作用下，能夠發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成電流。這也是電池供電的基本原理。即通過正極、負(fù)極以及電解液，促使離子在正負(fù)極之間的遷移，產(chǎn)生電流進(jìn)行供電。
通常來說，電解質(zhì)中離子運(yùn)動(dòng)越活躍，離子電導(dǎo)率越高，電解質(zhì)的導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。而液體在固化時(shí)分子會(huì)被鎖定，從而限制離子運(yùn)動(dòng)，因此固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率往往不理想。這也是為什么固態(tài)電池的性能常常無法達(dá)到預(yù)期，且固態(tài)電池的研發(fā)過程十分艱難。
而就在最近，一項(xiàng)新的研究或許能夠解決這一難題。
據(jù)悉，英國牛津大學(xué)科學(xué)家研發(fā)出一類名為“狀態(tài)無關(guān)電解質(zhì)”(SSIE)的全新有機(jī)材料，在這種材料中，離子能夠像在液態(tài)中一樣自由移動(dòng)。
這種材料中的有機(jī)分子離子經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，每個(gè)分子中心呈扁平圓盤狀，周圍環(huán)繞長而柔軟的側(cè)鏈，就像帶軟毛的輪子一樣。正電荷在分子上均勻分布，與負(fù)離子并不像普通材料一樣緊密結(jié)合。也正因如此，負(fù)離子能夠自由穿過側(cè)鏈移動(dòng)。
經(jīng)過設(shè)計(jì)后，即便是固態(tài)情況下，材料的離子也能像洗車機(jī)里的固定滾筒一下有序排列，并通過周圍環(huán)繞著的柔性臂為負(fù)離子提供足夠空間進(jìn)行活動(dòng)。測試結(jié)果也顯示，這種電解質(zhì)在液態(tài)、液晶態(tài)和固態(tài)下，離子的運(yùn)動(dòng)行為幾乎沒有變化，并且不同類型的離子上結(jié)果也類似。
而這恰恰也成為了研發(fā)安全、輕量化的固態(tài)器件的重要突破口。相比無機(jī)材料，有機(jī)固體不僅重量輕、柔性好，還能從可再生資源獲取。
目前，該材料在固態(tài)電池以及傳感器研發(fā)上被寄予厚望，團(tuán)隊(duì)也在導(dǎo)電性和適用性上尋求進(jìn)一步突破，探尋其應(yīng)用于電子計(jì)算器件的可能性。
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