想法清奇！清华团队用冰做固态电解质，零下20℃传导十几种金属离子！学术资讯

来源：纳米人

相比于液态电解质，固态电解质由于更高的安全性、更大的能量密度和更长的使用寿命等优势，已经成为锂电池研究的关键问题。十年来，科学界和工程界经过不懈努力，发展了一系列可以传导各种离子的新材料。譬如可以传导Li+和Na+的固态电解质（钙钛矿，LiBH4，硫化物基玻璃/陶瓷，钠超级离子导体（NASICON）和石榴石等），可以传导Cu+和Ag+的超离子型和玻璃状电解质固态电解质（RbAg4I5和AgI·Ag2O·2B2O3）等等。

虽然进步显著，但仍有诸多问题悬而未决：

1）首先的一个问题就在于，固态电解质中，离子在固体晶格内传输机制并不清晰。

2）其次，由于在较低温度下，离子传输动力学较差，因此大多数已有的固体电解质只能在室温或高温下工作。

3）除此之外，目前还没有一种固态电解质，可以同时传导多种金属离子。

有鉴于此，清华大学伍晖课题组报道了一种想法清奇的新策略，他们用冰做固态电解质，可以在零下低温下传导十几种金属离子！

研究团队首先通过理论计算进行研究，采用了一种改进的NEB算法来计算扩散能垒。他们提出了Cu2+在冰晶格中的两种扩散路径，计算得到，两种路径的活化能分别为0.35 eV和0.44 eV，与石榴石型Li7La3Zr2O12固态电解质的0.32 eV相近。这一理论指导表明，金属离子可以通过电场驱动，在冰晶中传输。

研究者人员通过超快速冷冻水溶液，开发了一系列新型低温固态离子导电冰（ICI），在-20℃至-5℃温度范围内，冷冻含有不同阳离子的硫酸盐（Li+，Na+，Mg2+，Al3+，K+，Mn2+，Fe2+，Co2+，Ni2+，Cu2+和Zn2+）得到的ICI离子电导率范围为10-7 S cm-1的（Zn2+）~10-3 S cm-1（Li+）。此外，研究团队还在-40.0℃和-15.0℃的温度范围内测试了一组基于硝酸盐和氯化物的ICI，使用基于CuSO4的ICI，可以实现金属的电化学沉积。