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  相較于傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)，橡膠基電解質(zhì)具有高彈性和耐疲勞等優(yōu)點，能夠適應(yīng)反復(fù)發(fā)生體積變化的金屬鋰負極，保證電解質(zhì)和金屬鋰負極良好的接觸界面，從而促進鋰離子穩(wěn)定快速傳輸。然而，高機械強度橡膠基電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率過低（<10^-6 S cm^-1），限制了其應(yīng)用。雖然添加小分子增塑劑可提升橡膠基電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，但是增塑劑會造成電解質(zhì)的機械強度明顯劣化，難以保持鋰金屬電池的長期穩(wěn)定運行。因此，開發(fā)具有高離子電導(dǎo)率和耐疲勞的橡膠基電解質(zhì)對于固態(tài)鋰金屬電池的發(fā)展及應(yīng)用具有重要意義。

  近期，北京化工大學(xué)王峰教授、牛津副教授團隊和北航楊樹斌教授團隊提出一種硫化法可控合成耐疲勞橡膠衍生導(dǎo)鋰彈性體的新策略（圖1），得益于硫化過程產(chǎn)生的含離子液體片段的化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，所獲電解質(zhì)既繼承了橡膠良好的回彈性（圖2），同時實現(xiàn)了高達2.7×10^-4 S cm^-1的室溫離子電導(dǎo)率（圖3）。此導(dǎo)鋰彈性體可在充放電過程中與反復(fù)發(fā)生體積變化的金屬鋰負極保持緊密接觸，保證了鋰離子在電極和電解質(zhì)界面的穩(wěn)定快速傳輸，從而實現(xiàn)長壽命、高性能和高安全性的固態(tài)鋰金屬電池（圖4）。鑒于橡膠種類豐富、結(jié)構(gòu)多樣和可修飾性強等特點，基于此硫化法可進一步探索和研發(fā)系列高離子電導(dǎo)率、耐疲勞的導(dǎo)鋰彈性體，加速其在固態(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用研究，從而獲得高性能和高安全性固態(tài)鋰金屬電池。該工作以“A Highly Durable Rubber-Derived Lithium-Conducting Elastomer for Lithium Metal Batteriesg”為題發(fā)表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2022, 2200553）。文章第一作者是北京化工大學(xué)博士后史永正博士。該研究得到國家自然科學(xué)基金委和中國博士后科學(xué)基金會的支持。

圖3. 橡膠衍生固態(tài)電解質(zhì)的鋰傳導(dǎo)機制探究，包括DSC曲線、Arrhenius曲線、固態(tài)⁷Li核磁共振 (NMR)光譜和快速離子傳輸通道示意圖。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202200553

作者簡介

王峰 教授，博士生導(dǎo)師

北京化工大學(xué)

  現(xiàn)任北京化工大學(xué)副校長、材料電化學(xué)過程與技術(shù)北京市重點實驗室主任。2011 年獲國家杰出青年科學(xué)基金資助，2007 年入選教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃。主要研究方向包括多元多尺度非貴金屬電催化材料及其在燃料電池、金屬-空氣電池、廢水處理等方面的應(yīng)用，生物基/納米炭材料及其在環(huán)境、儲能領(lǐng)域的應(yīng)用，以及電化學(xué)檢測、光電催化等方面的研究。近年來，在 Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater. 等國際期刊上發(fā)表 SCI 學(xué)術(shù)論文共 200 余篇，編寫英文專著1部，獲國家發(fā)明專利授權(quán) 45 件、國際授權(quán) PCT 專利 2 件。

楊樹斌 教授，博士生導(dǎo)師

北京航空航天大學(xué)

  北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，國家杰青，主要從事二維新能源材料的研究。以第一/通訊作者在Nature、Sci. Adv.、Adv. Mater.等發(fā)表論文100余篇，其中新方法被Nature專題評述：“是將二維材料推向市場的關(guān)鍵步驟”；ESI高被引論文23篇，連續(xù)5年入選科睿唯安“高被引學(xué)者”；主題/邀請報告30余次；授權(quán)中國/美國發(fā)明專利26項，部分二維材料成果在新能源企業(yè)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

牛津 副教授，碩士生導(dǎo)師

  2018年畢業(yè)于北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位，2017-2018 年在美國麻省理工學(xué)院訪問交流，2019-2020 年在日本東京都立大學(xué)進行博士后研究工作；主要從事電化學(xué)儲能材料設(shè)計、合成和應(yīng)用研究。近年來在Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano Energy, Energy Storage Mater., Small, J. Mater. Chem. A等期刊發(fā)表 SCI 收錄論文 30 余篇，獲得國家發(fā)明專利 3 項。