盖世汽车讯 据外媒报道，韩国蔚山科学技术院（UNIST）的研究团队证明，液态电解质在冷冻状态下仍能促进锂离子传导，足以维持电池的正常工作——这挑战了电解质必须呈液态才能发挥作用的传统观点。该研究还揭示了有机冰电解质中锂离子的传输机制，为开发用于锂金属电池（LMB）的固态电解质开辟了新的途径。

相关研究成果已在线发表于期刊《Advanced Materials》。

图片来源：韩国蔚山科学技术院

在蔚山科学技术院能源与化学工程学院（School of Energy and Chemical Engineering）Hyun-Kon Song教授和韩国科学技术院（KAIST）材料科学与工程系（Department of Materials Science and Engineering）Dong-Hwa Seo教授的领导下，该研究团队开发了一种基于碳酸乙烯酯（EC）的有机冰电解质。碳酸乙烯酯是一种常用于商业电池的环状碳酸酯。

该团队研究了这种电解质在冰冻状态下的离子传导性能和锂离子传输效率。研究结果表明，这种电解质通过一种跳跃机制在由固定溶剂分子形成的固体结构中发挥作用。

在传统的锂离子电池中，电解质是溶解在有机溶剂中的锂盐的液体溶液，使锂离子在充电和放电过程中可以在电极之间移动。

碳酸乙烯酯的熔点约为37°C，因此在室温（约25°C）下呈固态。通常情况下，需要将其与其他溶剂混合以降低熔点。然而，该研究设计了一种仅含少量锂盐的电解质，使其保持冰状。

实验结果表明，这种“冰电解质”的离子电导率约为0.64mS/cm，锂离子迁移数约为0.8，这些数值与先进的固态电解质相当。

当应用于锂金属电池时，这种冷冻电解质在室温下可支持超过400次充放电循环而未发生内部短路，展现出稳定可靠的性能。

锂金属电池被视为极具发展前景的未来储能解决方案，因为其储能能力比传统电池高出50%。然而，由于枝晶形成（尖锐的锂沉积物可能导致短路）以及锂金属与液态电解质之间的反应等问题，其广泛应用受到限制。

研究人员解释了冰电解质性能如此优异的原因。分析表明，在冰冻状态下，溶剂分子被固定，锂离子通过在溶剂分子上相邻的氧原子之间跳跃来移动。这种定向的离子移动减少了副反应，并阻止枝晶的形成，枝晶是尖锐的沉积物，会刺穿隔膜并导致故障。

Song教授表示：“虽然许多人认为固体电解质必须是刚性的无机材料或特殊聚合物，但我们的研究结果表明，即使是排列松散的、类似冰的结构的溶剂分子也能支持高效的离子传导。我们目前正在探索熔点更高的有机溶剂组合，以使这种方法能够应用于实际场景。”