近日，大連理工大學教授胡方圓團隊在低溫準固態鋰硫電池研究方面取得新進展。該研究針對鋰硫電池低溫下離子傳輸通道受阻與界面脫溶劑化能壘倍增的問題，基于動態溶劑化調控策略，設計了一種動態遷移-拖曳聚合物電解質，通過硼酸酯動態共價鍵和極性側鏈設計，動態重構鋰離子溶劑化結構以降低脫溶劑化能壘，加速多硫化物轉化動力學，實現了鋰硫電池在低溫下的高容量穩定循環。相關成果發表在《德國應用化學》上。
凝膠聚合物電解質因其高安全性、良好的界面相容性和抑制多硫化物穿梭的潛力，被視為解決低溫鋰硫電池性能衰減問題的理想材料體系，對推動極地勘探、高空無人機等極端環境儲能應用具有重大戰略價值。然而，傳統凝膠聚合物電解質在低溫下普遍存在離子電導率驟降與界面離子傳輸動力學遲滯的雙重挑戰。且鋰離子傳輸機制在低溫界面處的動態演變規律尚不明確，導致電池實際低溫性能遠低于理論預期。
針對這一難題，本研究創新性提出“動態遷移-拖曳”策略，通過分子設計構建具有動態自適應能力的聚合物網絡，首次揭示了聚合物鏈段側基對鋰離子的定向“拖曳”效應，并實現了多硫化物高效轉化與鋰離子快速脫溶的協同強化。為高比能準固態鋰硫電池的低溫性能突破提供了新思路。
為精準量化“動態遷移-拖曳”策略對界面離子傳輸動力學的調控效能，團隊以界面離子脫溶活化能作為關鍵性能指標，通過原位電化學阻抗譜（EIS）、Arrhenius方程解析以及理論計算，證實動態凝膠聚合物電解質的鋰離子脫溶活化能較傳統電解質降低66%，可同步實現鋰均勻沉積與界面阻抗最小化。
團隊基于該策略制備了凝膠電解質，其在0°C下仍保持高于1 mS cm-1的離子電導率，顯著提升鋰硫電池的低溫循環穩定性與倍率性能，為開發極端環境高比能儲能器件提供了全新理論框架與材料設計范式。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202505095
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