在电动汽车疾驰于街头巷尾、电动飞行器尝试翱翔天际、人形机器人逐步走进生活的当下，这些前沿领域对动力系统提出了前所未有的高要求——既要具备高能量以支撑长时间运行，又要拥有高安全性确保使用无忧。开发出兼具高能量密度和优异安全性能的电池器件，已然成为当前储能领域的核心挑战与关键突破口。近日，记者从清华大学获悉，该校化工系张强教授团队在这一领域取得了重大突破，成功开发出一种新型含氟聚醚电解质，构筑出能量密度达604 Wh kg-1的高安全聚合物电池，为解决锂电池续航与安全难以兼得的难题提供了创新方案。相关成果日前在线发表于国际权威期刊《自然》，引发了科学界和产业界的广泛关注。
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固态电池，凭借其高能量密度和安全潜力，被广泛视为锂电池未来发展的重要方向。尤其是以富锂锰基层状氧化物作为正极材料的固态电池体系，更是展现出实现能量密度突破600 Wh kg-1的巨大潜力，有望为电动汽车等带来更长的续航里程。然而，理想很丰满，现实却充满挑战。固态电池在实际应用过程中，面临着两大棘手的难题。一方面，固—固材料之间由于刚性接触，导致界面阻抗大，就像两个硬邦邦的物体强行贴合在一起，中间存在很大的阻力，使得离子传导变得困难重重；另一方面，电解质在宽电压窗口下，难以同时兼容高电压正极与强还原性负极的极端化学环境，这就好比让一个人同时适应冰火两重天的极端环境，难度可想而知。
在传统固态电池设计中，为了改善界面接触与兼容性，常常需要施加高压（上百个大气压）或者构建多层电解质。但高外压条件在实际器件中就像一个难以稳定控制的“暴脾气”，很难长期维持复杂的多层结构，反而会产生多种新问题，进一步限制了电池的整体性能。因此，如何在避免高外压和结构复杂化的前提下，构建稳定高效的固—固界面，成为了该领域的关键科学挑战，就像一座横亘在科研人员面前的大山，亟待翻越。
面对这些难题，清华大学的张强教授团队没有退缩，而是迎难而上，提出了“富阴离子溶剂化结构”设计新策略。通过这一创新策略，团队成功开发出一种新型含氟聚醚电解质。这种电解质就像是一位神奇的“界面调和师”，有效增强了固态界面的物理接触与离子传导能力，同时显著提升了界面稳定性，让原本“水火不容”的固—固界面变得和谐融洽。
得益于优化的界面性能，采用该电解质组装的富锂锰基聚合物电池表现出了优异的电化学性能。基于该电解质构建的8.96安时聚合物软包全电池，在施加1兆帕外压下，能量密度实现了跨越式提升，达到604 Wh kg-1，这一数据远超目前商业化的磷酸铁锂储能/动力电芯、镍钴锰酸锂动力电芯，为电动汽车等设备提供了更强大的动力支持。更令人惊喜的是，在满充状态下，该电池还顺利通过了针刺与120℃热箱（静置6小时）安全测试，无燃烧或爆炸现象，就像一位身经百战的战士，在极端考验面前依然稳如泰山，展现出优异的安全性能。
清华大学张强教授团队的这一研究成果，为开发实用化的高安全性、高能量密度固态锂电池提供了新思路与技术支撑，有望推动电动汽车、电动飞行器、人形机器人等前沿领域迈向新的发展阶段，让我们离更安全、更持久的能源未来又近了一步。
