人们对电池的要求不高：在需要时提供能量，只要需要就可以，快速充电并且不会起火。

2016 年发生的一连串手机起火事件动摇了消费者对锂离子电池的信心，锂离子电池是一项有助于开创现代便携式电子产品的技术，但自 1980 年代推出以来一直受到安全问题的困扰。随着人们对电动汽车的兴趣越来越高，研究人员和业内人士正在寻找改进的可充电电池技术，以安全可靠地为汽车、自动驾驶汽车、机器人和其他下一代设备提供动力。

康奈尔大学的新研究推进了固态电池的设计，这种技术本质上比当今的锂离子电池更安全、能量密度更高，锂离子电池依靠易燃液体电解质将存储在分子键中的化学能快速转换为电能。通过从液体电解质开始，然后将它们转化为电化学电池内的固体聚合物，研究人员利用液体和固体特性来克服当前电池设计中的关键限制。

“想象一下装满冰块的玻璃杯：一些冰块会接触玻璃杯，但存在间隙，”该研究的主要作者、博士后研究员 Qing Zhao 说，“内置快速界面的固态聚合物电解质二次锂电池的运输”，3 月 11 日发表在《自然能源》杂志上。

“但是，如果你用水填充玻璃并将其冷冻，界面将被完全覆盖，你会在玻璃的固体表面与其液体内容物之间建立牢固的联系，”Qing 说。“电池中的这种相同的一般概念有助于离子在电池电极的固体表面到电解质的高速率转移，而无需可燃液体即可运行。”

关键的见解是引入能够在电化学电池内部引发聚合的特殊分子，而不会影响电池的其他功能。如果电解质是环醚，则可以设计引发剂来撕开环，产生反应性单体链，这些单体链结合在一起形成长链状分子，其化学性质与醚基本相同。这种现在固态的聚合物在金属界面处保持紧密连接，就像玻璃杯中的冰一样。

除了提高电池安全性之外，固态电解质还有利于下一代电池使用金属（包括锂和铝）作为阳极，以实现比当今最先进技术所能实现的更多能量存储电池技术。在这种情况下，固态电解质可防止金属形成枝晶，这种现象会使电池短路并导致过热和故障。

尽管固态电池具有明显的优势，但大规模生产固态电池的行业尝试遇到了挫折。制造成本很高，而且以前设计的界面特性较差，造成了重大的技术障碍。固态系统还通过提供对热变化的稳定性来避免对电池冷却的需要。

“我们的研究结果开辟了一条全新的途径，可以创造出可用于一系列应用的实用固态电池，”史密斯化学与生物分子学院James A. Friend Family 杰出工程教授Lynden Archer说。工程。

根据 Archer 的说法，用于制造固体聚合物电解质的新原位策略特别令人兴奋，因为它有望延长高能量密度可充电金属电池的循环寿命和充电能力。

“我们的方法适用于当今的锂离子技术，使其更安全，但为未来的电池技术提供了机会，”Archer 说。

其他作者是博士生 Xiaotun Liu 和 Sanjuna Stalin，以及 Kasim Khan '20。该研究得到了能源部基础能源科学计划和国家科学基金会设施资助的支持。