郑云教授在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》发表重要研究成果

 

近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院（张久俊院士团队）在聚合物电解质领域发表最新研究成果，相关成果以“Catalytic Functional Domain Enables Rapid Li⁺ Conduction in Polyether Electrolytes for Quasi-Solid-State Batteries”为题发表在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》期刊上（影响因子15.7，中科院一区）。

 

“催化功能域”策略的设计原则和Li⁺传输机制

 

固态锂金属电池因其高能量密度与本质安全性，已成为储能领域的重要发展方向。其中，聚醚类电解质凭借良好的界面兼容性与加工性能备受关注。然而，其发展长期受限于“解离−传输”悖论：Li⁺−聚合物之间强配位作用虽有利于锂盐解离，却抑制了自由Li⁺的传输，使电导率难以提升。现有结构调控或组分优化策略，仍难以同时兼顾高自由Li⁺浓度与快速Li⁺传输。

针对这一关键瓶颈，该团队创新的引入催化化学理念，提出“催化功能域（Catalytic Functional Domain, CFD）”策略，从反应动力学角度重构Li⁺传导机制。团队将Li⁺传输过程分为两类可逆反应：锂盐解离/复合（LiTFSI ⇌ Li⁺ + TFSI⁻）与Li⁺配位/解配位（Li⁺−O ⇌ Li⁺ + •O⁻），并通过构建CFD实现协同调控。具体而言，通过引入具有弱路易斯酸性与高介电特性的Ti⁴⁺位点，一方面锚定阴离子、促进锂盐解离；另一方面削弱Li⁺−聚合物配位，从而同步提升自由Li⁺浓度并加速其迁移，突破“解离−传输”悖论。

得益于该策略，所构建的催化调控聚醚电解质在室温下实现1.14 mS cm⁻¹的离子电导率和0.77的Li⁺迁移数。基于此电解质的Li||Li对称电池稳定循环超过2800小时，Li||NCM523与Li||NCM811全电池在1C下分别循环600次和403次后，仍可保持82.4%和80%的容量保持率，展现出优异的循环稳定性。本研究提出了基于“催化功能域”的全新设计范式，从催化反应的新视角重新理解Li⁺传导，为高性能固态锂金属电池电解质的开发提供了新思路。

我院汪鸿遥博士为该论文的第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。获得福建省自然科学基金（2024J01261）、福州大学福州大学贵重仪器设备开放测试基金（2026T001、2024T010）、福建省中青年教师教育科研项目（JZ230002）、福建省超级百人计划、福建省百人计划、福建省闽江学者计划（XRC-23125），以及福州大学材料科学与工程学院一流学科培优项目的资助。

 

文章信息：H. Wang, S. Duan, Z. Lu, B. Qin, S. Liu, Z. Li, Z. Liu, H. Chen, W. Yan, J. Zhang*, Y. Zheng*, Catalytic Functional Domain Enables Rapid Li⁺ Conduction in Polyether Electrolytes for Quasi-Solid-State Batteries, Journal of the American Chemical Society, 2026, https://doi.org/10.1021/jacs.6c03577.

 

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c03577.