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了解聚合物電解質中的鋰離子傳導網絡和傳輸動力學對于開發可靠的全固態電池至關重要。

基于此，廈門大學陳嘉嘉教授&中科院福建物構所方偉慧研究員在國際頂級期刊Nature Communications發表題為《Revealing and reconstructing the 3D Li-ion transportation network for superionic poly(ethylene) oxide conductor》的研究論文。

圖1：聚合物電解質中鋰離子導電網絡的表征

在此項研究中，采用先進的納米X射線計算機斷層掃描技術結合拉曼光譜和固態核磁共振，多尺度定性和定量揭示聚環氧乙烷（PEO）基電解質的離子傳導網絡(從原子、納米到宏觀水平)。

通過清晰映射聚合物鏈段的微觀結構異質性，鋁氧分子簇（AlOC）可通過強超分子相互作用重建具有高可用鋰離子（76.7％）和連續無定形域的高效導電網絡。

圖2：聚合物電解質的離子導電性

這種超離子PEO導體(PEO-LiTFSI-AlOC)在整個溫度范圍內表現出類似熔融的鋰離子傳導行為，并在35°C時的離子電導率為1.87×10^-4?S cm^-1。

這進一步賦予了Li在50 μA cm^?2和50 μAh cm^?2下超過2000小時的電化學沉積/剝離穩定性。

圖3：Li|PEO-LiTFSI-AlOC|Li對稱電池的Li沉積/剝離性能

其構建的 Li|PEO-LiTFSI-AlOC|LiFePO₄ 全電池在 250 μA cm^?2 下表現出高倍率性能，并在200個循環后的容量保持率超過90%，甚至使16.8 mg cm^-2的高負載LiFePO₄正極在50°?下的比容量為150 mAh g^-1。

文獻信息：Fang, CD., Huang, Y., Sun, YF. et al. Revealing and reconstructing the 3D Li-ion transportation network for superionic poly(ethylene) oxide conductor. Nat Commun 15, 6781 (2024).

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