通过动态竞争配位作用，在复合电解质中实现离子选择性泵送和熵驱动的锂传输，从而应用于全固态电池

《Advanced Functional Materials》：Ion-Selective Pumping and Entropy-Driven Lithium Transport in Composite Electrolytes via Dynamic Competitive Coordination for All-Solid-State Batteries

固态电解质通过整合普鲁士蓝的三维开放框架与PEO基体，利用Fe-N≡C位点与醚基团动态竞争配位模拟离子泵送机制，促进锂盐解离和Li+迁移，同时梯度孔道结构及界面熵增效应协同提升锂金属电池循环稳定性（2000小时/0.2mAh·cm?2，1000次/1C）。

　　

摘要

聚乙烯氧化物（PEO）电解质存在一些局限性，如离子导电性低、反应动力学较差以及锂枝晶生长问题。为此，一种新型固态电解质（SSE）将普鲁士蓝（PB）的三维开放框架整合到了PEO基质中。该设计利用普鲁士蓝中均匀分布的Fe─N≡C位点，通过与PEO醚基团的动态竞争性配位作用（类似于细胞内的K⁺/Na⁺泵），实现了“离子选择性传输”效应。普鲁士蓝框架能够选择性吸附TFSI^?离子，而其缺电子的Fe³⁺/Fe²⁺位点则通过路易斯酸碱相互作用促进锂盐的解离，使锂离子从溶剂化层中脱离并进入迁移路径。此外，这些三维互连的纳米通道（直径15.89纳米）与PEO的非晶区域协同作用，形成了具有梯度孔结构的通道。普鲁士蓝与PEO界面处的无序-有序转变能够增加局部熵（ΔS↑），从而通过降低吉布斯自由能驱动锂离子的自发迁移。这种多尺度结构通过提供丰富的迁移路径，实现了锂离子的稳定沉积与释放。结果表明，Li/PEO@1%PB/Li电池在0.2 mAh·cm^?2的电流密度下可循环使用2000小时以上，在0.1 mAh·cm^?2的电流密度下可循环使用6000小时以上；Li/PEO@1%PB/LFP电池在1C电流密度下经过1000次循环后仍能保持90%的容量。本研究提出了一种结合离子配位与三维通道设计的新策略，有助于开发高性能全固态锂金属电池（ASSLMBs）。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。