它需要一个村庄来制造固体电解质

它需要一个村庄来制造固体电解质世界各地的大学和研究实验室正在共同努力，创造出更好的固体电解质，使我们超越目前的锂离子电池技术。越来越明显的是，超越锂离子电池需要全球研究实验室和电池制造商的共同努力。宾夕法尼亚大学最近的一份新闻稿明确了此类合作的范围，详细介绍了用于锂金属电池的固体电解质的研究。

目前，商用锂离子电池使用碳石墨阳极和金属氧化物阴极。它们被液体有机溶剂隔开，液体有机溶剂可以在电极之间传递锂离子，同时防止电子进入旅程。电解质的有机溶剂是易燃的 - 在锂离子电池被刺穿的情况下可能引起火灾。

锂离子电池的阳极侧由石墨层制成。在充电期间，锂离子插入材料层之间，并在放电期间释放。电池研究人员意识到，用金属锂代替石墨阳极可以让更多的锂离子在放电过程中流动，产生的电池容量至少是其两倍。但是在锂金属电池的充电阶段，在金属表面上形成称为枝晶的尖状晶体结构。这些枝晶可以通过液体电解质生长，到达阴极并使电池短路。

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坚实的方法

世界范围内正在寻找固体或半固体电解质，其可以防止枝晶生长，同时允许锂离子容易通过而不传导电子。

一种受到高度关注的可能性是使用由聚合物材料制成的电解质。这种材料称为固体聚合物电解质(SPE)。这是宾夕法尼亚大学研究小组采用的方法。该团队的出发点是Nafion，一种磺化四氟乙烯基共聚物，允许正离子(阳离子)通过而不允许电子传输。Nafion通常用作氢燃料电池中的质子交换膜(PEM)。

宾夕法尼亚大学材料科学与工程系主任Karen Winey在该大学出版的新闻稿中解释说：“Nafion是一种侥幸。”“它的结构几十年来一直是辩论的主题，可能永远不会被完全理解或控制，”她补充说。Mazelike

由于聚合物Nafion具有随机和无序的结构，因此难以研究。它含有随机出现并以磺酸基团结束的侧链。磺酸吸入水中。该过程形成通过聚合物的通道，其允许阳离子流过材料。但这些正离子的通路是一个错综复杂的迷宫。如果可以更直接地制造路径，则锂离子通过聚合物电解质的传输可以更快且更有效。

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这就是合作的结果。宾夕法尼亚大学的团队在Winey的指导下，与佛罗里达大学的Kenneth Wagener合作。他们开发了一种新的结构，沿着聚合物链以均匀的间距放置磺酸基团。他们的方法通过聚合物产生许多平行的酸衬里通道，其作用类似于锂离子流的高速公路。该结构是从另一项合作中确定的 - 这次是桑迪亚国家实验室的Mark Stevens。

所得结构中的链形成一系列发夹形状，每个转弯处具有磺酸基团。这允许聚合物组装成有序的层并产生直的通道，而不是未修饰的Nafion的蜿蜒的迷宫结构。通过改性材料的阳离子传输要快得多。“我们已经比Nafion快了两倍，但如果我们将所有这些层直接排列在电解质膜上，我们可能会更快，”Winey在新闻稿中说。

目标是固体电解质，它比目前使用的可燃电解质更安全。同时，具有固体聚合物电解质的锂金属电池可以更轻和更薄。与现今的商用锂离子电池相比，这种电池还具有两倍的容量和更快的充电能力。

除了与佛罗里达大学和桑迪亚大学的合作之外，宾夕法尼亚大学的新闻稿还注意到法国国家科学研究中心，法国替代能源和原子能委员会以及格勒诺布尔阿尔卑斯大学的研究人员的额外贡献。这种全球合作的程度表明，对改进的电池材料和性能的研究如何在其规模上变得全球化。