來自牛津大學及合作機構的科學家們創造了一種新類型的有機材料，稱為無狀態電解質（state-independent electrolytes, SIEs）。這一發現挑戰了電化學的一項基本規則：當液體固化時，離子的運動速度會顯著降低。有趣的是，無狀態電解質能夠保持高效的離子性能，能像液體一樣，通過固體結構以輕鬆的流動速度移動電荷。牛津大學博士生及該研究的第一作者朱麗葉·巴克利（Juliet Barclay）表示：「我們已經證明有機材料可以被設計成，在材料固化時離子的運動不會受到‘凍結’的影響。這為安全、輕便的固態設備的開發打開了新的可能性，這些設備在廣泛的溫度範圍內也能高效運作。」
這些新型有機材料即使在固化後仍能保持高離子導電性。在傳統電池中，離子通過液體流動。當這些液體結晶或凍結時，分子會鎖在一起，像汽車在突如其來的暴風雪中一樣被困住，這大大減緩了離子的運動，這一現象稱為凍結效應。凍結效應一直是開發與液體電池同樣強大的固態電池的主要障礙。由保羅·麥戈尼格教授（Paul McGonigal）及巴克利領導的團隊通過重新構思無狀態電解質中的分子結構來解決這一問題。他們設計了圓盤形的分子，並配有長而柔韌的側鏈，這一結構類似於「帶有柔軟鬃毛的輪子」。通過在平坦的圓盤形中心均勻分佈正電荷，這些分子避免通過緊密的電鍵將其負離子伴侶困住。
當材料固化時，這些圓盤會堆疊成剛性自組裝的柱子，而它們的長側鏈則如同柔軟的鬃毛一樣，保持著可透過的、類液體的環境，讓負離子在固體結構中自由流動，即使材料在物理上變得剛性，仍能確保高導電性。麥戈尼格表示：「我們設計材料時希望離子能以有趣的方式通過這種柔韌的自組裝網絡移動。當我們進行測試時，驚訝地發現其行為在液體、液晶和固體階段之間沒有改變。這是一個非常壯觀的結果，我們高興地發現這一點在幾種不同類型的離子中都可以重複。」
這一發現為製造過程帶來了雙贏的可能性。製造商可以加熱電解質，並將其作為液體倒入電池中，確保它能滲透到電極的每一個角落。待液體冷卻後，它會變成穩定的固體，消除了傳統液體電池中的漏液和火災風險，同時保持最佳性能。由於這些材料輕便、靈活且潛在可再生，它們是下一代固態電池、可穿戴傳感器和智能玻璃技術的理想候選者。與傳統無機材料不同，這些有機固體為高性能、可持續電子產品提供了一種更安全、更靈活的替代方案。
在這一成功的基礎上，牛津的研究團隊專注於提高這些材料的導電性和適應性。他們的目標是將這些材料整合進先進硬件中，並探索它們為下一代計算設備提供電力的潛力。這些研究結果已於12月18日發表在《科學》期刊上。
