电化学原位聚合聚四氢呋喃增强固态聚合物电解质界面相容性与电荷传输研究

为解决固态聚合物电解质（SPE）界面阻抗高、凝胶化速度慢及杂质残留等问题，研究人员通过硼三氟化四氢呋喃（BF3-THF）引发四氢呋喃（THF）原位聚合，开发出高纯度聚四氢呋喃（PTHF）电解质。该电解质室温下离子电导率达10?4 S cm?1，电化学窗口扩展至5.2 V，锂离子迁移数（tLi+）从0.21提升至0.61，并在准固态锂氧电池中实现6500 mAh g?1放电容量和75%往返效率。该研究为规模化制备高性能SPE提供了新策略。

　　

能源存储技术的快速发展对电解质材料提出了更高要求，尤其是需要兼具高安全性和优异电化学性能的固态聚合物电解质（SPE）。然而，传统SPE面临两大核心挑战：一是界面接触差导致的高阻抗，二是常规制备方法中凝胶化速度慢、副产物多。这些问题严重限制了其在锂金属电池等高能量密度体系中的应用。针对这一难题，来自长庚大学的研究团队创新性地提出了一种基于电化学辅助原位聚合的策略，通过硼三氟化四氢呋喃（BF₃-THF）直接引发四氢呋喃（THF）单体聚合，成功制备出高性能聚四氢呋喃（PTHF）电解质，相关成果发表在《European Polymer Journal》上。

研究团队采用核磁共振（NMR）、质谱（MS）和电化学阻抗谱（EIS）等技术系统表征了材料特性，并通过施加交流电压优化界面稳定性。实验设计包含三个关键环节：一是通过BF₃-THF与THF单体的直接反应实现一步法聚合；二是利用电化学辅助形成稳定固体电解质界面膜（SEI）；三是采用准固态锂氧电池验证实际性能。

Preparation of PTHF
研究人员在氩气手套箱中将BF₃-THF与THF以1:4体积比混合，5小时内即观察到黏度显著增加，7小时完成凝胶化。与传统硼三氟二乙醚引发剂相比，该方法将反应步骤从多步简化为单步，且无碳酸酯类副产物生成。

Characterization of PTHF gel and PTHF incorporated cellulose membrane
¹H NMR谱显示成功获得PTHF聚合物，凝胶渗透色谱（GPC）证实其分子量分布窄于商业产品。X射线衍射（XRD）和差示扫描量热（DSC）分析表明，原位PTHF呈非晶态主导结构，有利于离子传输。电化学测试显示其室温离子电导率达10^?4 S cm^?1，电化学窗口扩展至5.2 V，远超传统PEO基电解质。

Conclusion
该研究通过BF₃配位键调控实现了PTHF链的有序排列，使锂离子迁移数提升至0.61。在准固态锂氧电池测试中，采用原位PTHF的电池展现出6500 mAh g^?1的放电容量和50小时循环后100%的容量保持率。电化学辅助形成的SEI膜显著抑制了锂枝晶生长，界面阻抗降低约60%。

这项工作的突破性在于：首次将BF₃-THF同时作为引发剂和SEI修饰剂，实现了聚合过程与界面优化的协同调控；提出的"电化学原位组装"概念为规模化生产高性能SPE提供了新思路；在保持高离子电导率的同时，解决了长期困扰SPE应用的界面稳定性难题，对推动固态电池商业化具有重要指导意义。