韓國科學家最近揭示了一種超可伸展的氫電解質，能夠在保持功能的同時，將原始大小擴展至 900％，並且在零下温度下依然有效。這項研究來自成均館大學（SKKU）化學工程系，由博士生宋俊恩教授及其團隊主導。該團隊利用液態金屬顆粒創造了一種新型的水凝膠電解質。這種新材料可以在不損失其電化學性能的情況下，伸展至原始長度的九倍。此外，它在低至華氏 -4 度（攝氏 -20 度）的温度下仍然能夠正常運作。
研究人員表示，這項技術可能有助於為可穿戴電子設備和柔性儲能裝置在惡劣氣候下提供動力。
研究小組指出，「對於實際應用而言，確保長期穩定性和在大面積生產過程中的可重複性至關重要。」隨著可穿戴設備和生物整合電子技術的發展，對能夠承受彎曲、拉伸及惡劣環境條件的柔性儲能系統的需求也日益增長。儘管傳統水凝膠電解質具備柔性並擁有高離子導電性，但通常在機械強度方面存在不足。此外，這些材料在低温下容易凍結，限制了它們的實際應用。為瞭解決這一挑戰，SKKU 團隊決定構建一種水凝膠電解質。
新型水凝膠電解質具備卓越的性能
研究人員選擇使用液態金屬顆粒（LMPs）作為聚合的引發劑，這是形成水凝膠網絡的化學過程。這些顆粒結合了液態的適應性和金屬的特性，使其在柔性電子學、藥物傳遞和柔性機器人等應用中極具多樣性。隨後，團隊利用超聲波處理技術，將大塊的液態金屬分解為細小顆粒，這些顆粒又促進了丙烯酰胺和丙烯酸的聚合，形成水凝膠。該方法不需要熱、紫外光或其他外部刺激，從而使製造過程更加簡便。
與此同時，研究人員還加入了疏水性材料 stearyl methacrylate (SMA)，這種材料在聚合物鏈之間形成物理交聯。這些可逆的連接能夠在應力下斷裂以吸收能量，並在應力解除後重新形成。這使得水凝膠具備卓越的耐用性和可伸展性。測試顯示，它在斷裂前可伸展至原始長度的九倍，對應的斷裂延伸率約為 900％。研究人員隨後將水凝膠浸泡在氯化鋰溶液中，此步驟抑制了水分子之間的氫鍵，防止凍結，並保持其柔性。
結果，該電解質在華氏 -4 度的温度下維持了離子導電性和機械性能，與傳統水凝膠系統相比具備優勢。
此外，使用這些材料製造的儲能裝置在經過 45,000 次充放電循環後仍保留了 98％ 的性能。宋教授強調了這項創新技術的重要性。他在新聞稿中表示：「這項工作提出了一種基於液態金屬的水凝膠電解質的新設計策略，並為下一代可穿戴電子設備和在極端條件下運作的柔性儲能系統提供了一個可行的平台。」該研究已發表在《Nano-Micro Letters》期刊上。
