材料科学与工程学院研究生王彦儒在Adv. Mater.期刊上发表研究论文

近日，材料科学与工程学院2023级博士研究生王彦儒同学在锂电池固态电解质领域取得了学术成果，围绕海藻纤维模板制备含氧空位Li₂ZrO₃填料用于PEO基电解质实现Li⁺高速传输和稳定界面，在Advanced Materials期刊发表了题为“Oxygen vacancy-Li₂ZrO₃: a new choice for boosting homogenous distribution and transport of lithium ion in composite solid-state electrolytes”的论文。文章第一作者为博士研究生王彦儒，夏延致教授、李道浩教授、杨东江教授和清华大学深圳国际研究生院贺艳兵教授为共同通讯作者，青岛大学为第一通讯单位。

复合聚合物电解质（CPE）结合了有机聚合物基质和无机填料的优点，柔性聚合物处理电解质-电极界面兼容性，无机填料具备高离子传输能力，满足高性能锂金属电池（LMBs）需求。锂离子（Li⁺）在CPE中的传输是通过聚合物链段的迁移和无机填料的有效晶间跳跃协同实现的，聚合物的非晶态区域和聚合物/填料界面的游离Li⁺浓度很大程度上决定了CPE中的Li⁺传输效率。然而CPE中存在的游离Li⁺浓度低、分布不均匀等问题，极大地制约了全固态电池的Li⁺传输、循环稳定性和倍率性能。

基于上述科学问题，团队报道了一种新型Li⁺导体—基于海藻纤维模板的氧空位锆酸锂（O-LZO），用于聚环氧乙烷（PEO）基固态电解质（PEO@O-LZO），旨在实现CPE中Li⁺浓度和界面性能的提升。O-LZO表现出优异的本征Li⁺传输能力，并且其表面氧空位能够实现对锂盐阴离子得有效吸附以促进锂盐的解离，从而提升CPE中游离Li⁺的浓度，以此实现高效的Li⁺传输。同时得益于氧空位的正电性平衡电荷层，避免了Li⁺受填料极性影响而导致的聚集，平衡了Li⁺的分布，以此实现稳定的界面同时促进了Li⁺的稳定传输。本工作提供了一种填料的设计原理，用于调节CPE中Li⁺的浓度和分布，以实现高效固态锂金属电池。