美國科學家成功將一種常見聚合物與特製帶電聚合物結合，這一突破性研究有望為智能手機、電動車、無人機及太空探測器帶來更安全、壽命更長的固態電池。
佛羅里達州立大學FAMU-FSU工程學院的研究團隊使用聚乙烯氧化物 (PEO)，這是一種因其離子導電性和機械強度而廣泛應用於鋰離子電池的聚合物。他們將其與一種名為p5的定制帶電聚合物結合。
實驗證實了長期以來的理論，顯示即使是少量的電荷也能顯著影響聚合物的混合方式。研究人員表示，這一見解可能加速先進材料在電池、膜及能量儲存系統中的設計。
化學與生物醫學工程副教授Daniel Hallinan Jr.博士及其共同作者透露，這一發現對於設計穩定且功能強大的材料至關重要。
Hallinan表示：「我們的研究結果顯示，電荷濃度和靜電強度是調整聚合物行為的關鍵因素，並提供了實驗證據，證明了之前僅存在於理論中的觀點。」
在這項研究中，Hallinan和前博士生Michael Patrick Blatt博士檢視了不同PEO和p5比例的混合物，以了解這些混合物在不同組成下的行為。
他們發現，PEO主導且僅含少量p5的混合物未能平穩混合，而是分離成兩個不同的層次。然而，隨著p5濃度的增加，材料開始均勻混合，形成一種穩定的單一物質。
這項研究確認了一種模型，顯示聚合物混合物組成的變化如何影響其在不同溫度下的行為。他們確定了材料從固態轉變為液態的關鍵溫度點，幫助界定保持混合物穩定所需的條件。
Blatt指出：「我們的研究驗證了一組預測聚合物混合物行為的方程，這一發現能加速新電解質的發現，幫助研究人員在合成或測試之前排除不合適的聚合物組合。」
這項研究對於推進高能鋰金屬電池具有特別的潛力，因為PEO及類似聚合物在其中至關重要。固態電池使用固體電解質，而非傳統鋰離子電池中的易燃液體。
Hallinan表示：「這就像是從油燈轉向蠟燭，蠟燭與固態電池類似，更簡單、更便攜且更易於使用，因此在幾乎每個美國家庭中都是必備品，而油燈則變得越來越少見。」
研究團隊指出，改善鋰電池材料將有助於使能量儲存更安全、更高效，同時應對全球對更好能源解決方案日益增長的需求。
Hallinan解釋道：「智能手機、電動車、無人機和太空探測器等設備都依賴於改進的電池性能。一長串技術將受益於更持久和更安全的電池。」
隨著電池技術向固態設計轉變，取代有害溶劑，將軟聚合物與硬材料混合，團隊正在開發一種聚合物粘合劑，以從這些複合材料中創造出薄而柔韌的電解質膜。
Hallinan在新聞稿中表示：「令人興奮的下一步是從我們一直使用的非導電粘合劑轉向我們的混合電解質，使離子能在複合材料的所有部分自由移動。」
這項研究已發表於美國化學學會期刊《Macromolecules》。
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