“严寒中依旧稳定的电解质”助力实现下一代能源存储器件

一种即使在零下20摄氏度严寒和剧烈形变下也能稳定保持性能的电解质已经被开发出来。预计这一电解质将有助于实现下一代能源存储器件。

韩国研究财团6日表示，成均馆大学 Park Seongjun 教授研究团队开发出以液态金属颗粒为引发剂的“超高伸长率·抗冻水合凝胶电解质”。

引发剂是一种使液态原料转变为坚硬或韧性固体（高分子）的起始物质。水合凝胶电解质不同于现有的液体电解质（电荷通道）和固体电解质，是指充分含水、呈凝胶状的电解质。

研究团队开发的水合凝胶电解质，使在极端环境下也能稳定运行的下一代能源存储设备成为可能。

能源存储技术近来因可穿戴电子设备的发展而备受关注，尤其是同时满足柔性与稳定性的技术需求不断增加，其中性能保持是核心要件。

在能源存储器件中，电解质起到传递电荷的一种通道作用。要实现下一代能源存储器件，这一通道必须具备不结冰（抗冻）、能像橡皮筋一样拉伸（超高伸长率），并能完整传导电流（离子电导性）的特性。

然而，传统水合凝胶电解质因含水量高，机械强度低，并且在低温环境下容易结冰、性能明显下降。

研究团队为解决上述问题，引入了利用液态金属颗粒的新型聚合策略。使用水合凝胶电解质通常需要外部热源或紫外线等额外能量供给，而通过利用液态金属，则可在无需额外设备或能量的情况下形成均一的高分子网络，研究团队正是利用了这一点。

同时，引入“疏水相互作用”在高分子链之间形成物理交联，将外界形变下可逆断裂并重新形成的机制相结合。疏水相互作用是指在水溶液中，不与水发生氢键的疏水性物质聚集在一起，产生疏水效应的现象。

具备这种结构的水合凝胶可保持900%以上的断裂伸长率（表征材料韧性的关键指标）以及优异的机械强度。

研究团队还解释称，当通过氯化锂有效抑制水分子之间的氢键，从而降低水合凝胶内部的冰点时，即便在零下20摄氏度条件下，也能同时维持电导性与柔性，实现抗冻特性。

应用该电解质的超级电容器在充放电4.5万次后仍保持98%的性能，其优异稳定性已得到验证。

Park 教授表示：“本研究的意义在于提出了利用液态金属设计新型水合凝胶电解质的策略。研究团队期待这一策略今后能应用于可穿戴电子设备和下一代柔性能源存储装置的开发。”

此外，本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团推进的中坚研究项目及纳米·材料技术开发项目的资助下完成。研究成果已于上月13日发表于国际学术期刊《Nano-Micro Letters》在线版。