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研究人员利用螺旋结构来改善固态电解质可提高电导率和稳定性

盖世汽车 Elisha 2024-08-15 09:36:43

核心提示：结果发现，与“随机卷曲（random coil）”结构相比，螺旋结构的电导率大大增强。

盖世汽车讯几十年来，人们一直在探索在储能系统和固态电池中应用固态电解质。与传统的液体电解质相比，这些材料被视为更安全的替代品。然而，这需要新的概念来提高当前固态聚合物电解质的性能，以使其适用于下一代材料。

（图片来源：伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）

据外媒报道，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）的研究人员探索螺旋二级结构对固态肽聚合物电解质电导率的影响。结果发现，与“随机卷曲（random coil）”结构相比，螺旋结构的电导率大大增强。另外，更长的螺旋有助于实现更高的电导率，并且螺旋结构提高了材料在温度和电压下的整体稳定性。

研究负责人Chris Evans教授表示：“我们引入了使用二级结构（螺旋）的概念，以设计和改进固体材料中关于离子导电率的基本材料特性。这与人们在生物学肽类中发现的螺旋相同，我们只是从非生物学的角度来使用它。”

聚合物倾向于采用随机结构，但聚合物的主链可以控制和设计成螺旋结构，例如DNA。因此，聚合物将拥有巨偶极矩（macrodipole moment），即正电荷和负电荷的大规模分离。沿着螺旋的长度，每个肽单元的小偶极矩加起来将形成大偶极矩，从而增加整个结构的电导率和介电常数（衡量材料存储电能的能力），并改善电荷传输。肽越长，螺旋的电导率越高。

Evans表示：“这些聚合物比普通聚合物稳定得多，螺旋是一种非常坚固的结构。与随机卷曲聚合物相比，在高温或高压下使用，它不会退化或失去螺旋结构。目前还没有证据表明这种聚合物先于研究人员的期望而分解。”

此外，由于这种材料是由肽制成的，当电池失效或达到使用寿命时，使用酶或酸可以将其降解回单独的单体单元。这些原材料经过分离过程后可以回收再利用，从而减少对环境的影响。

这项研究得到了美国国家科学基金会（U.S. National Science Foundation）等机构的资助。