近日，我校“元光学者”特聘岗获得者刘宾元教授与中国科学院物理研究所胡勇胜研究员、容晓晖特聘研究员跨领域合作，基于分子间相互作用以及超分子自组装科学提出了两种具有特殊拓扑结构的全固态聚合物电解质（ASPEs）的设计理念，获得了综合性能优异的聚合物固态电解质，在全固态电池领域连续取得重要进展。全固态锂金属电池（AS-LMBs）因其高能量密度和高安全性的优势，使其成为开发下一代储能装置最具前景的材料技术，但是当前的AS-LMBs的综合性能仍然无法满足大规模生产的要求。聚环氧乙烷（PEO）基固态电解质（SPEs）是最接近实际应用的聚合物电解质之一，但仍存在许多问题，如：室温离子电导率低、电化学窗口窄、阳离子迁移数低以及机械强度和离子电导率相悖性的问题等，如何制备兼具高离子电导率、宽电化学窗口、高阳离子迁移数和良好的机械强度的SPEs仍然面临着巨大挑战。

图1富氟大分子复合全固态聚合物电解质的改性机理以及性能表现

刘宾元教授与胡勇胜研究员、容晓晖特聘研究员跨领域合作研究所获得的综合性能优异的聚合物固态电解质中，构筑的多臂烟花型拓扑结构的富氟聚合物用于固态聚合物电解质后，不仅具有高机械强度、高离子电导率、高离子迁移数，还能兼容高电压三元正极材料。该工作于2022年7月19日发表在国际顶级期刊Nature Communications（自然通讯），并由该期刊高级编辑Rinaldo Raccichini（里纳尔多·拉奇基尼）作为“Energy（能源）”专题的“Editors’Highlights（编辑亮点）”予以推荐。

此后，针对固态聚合物电解质普遍存在的机械强度和离子电导率难以同时提升的矛盾，联合团队通过超分子自组装驱动的高熵微域互锁策略，实现了高机械强度、高离子电导率和高阳离子迁移数的新型全固态聚合物电解质。该工作于2022年11月3日发表在材料领域国际著名期刊Advanced Materials（先进材料）(IF:32.086)上发表题为“High-Entropy Microdomain Interlocking Polymer Electrolytes for Advanced All-Solid-State Battery Chemistries”（高熵微区互锁聚合物电解质助力高性能全固态电池）。

刘宾元教授

博士生苏韵

两篇学术论文的第一单位均为河北工业大学，刘宾元教授为两篇文章的通讯作者，我校与中国科学院物理研究所联合培养博士生苏韵为两篇文章的第一作者（唯一）。

图2 高拓扑结构熵的全固态聚合物电解质

从超分子自组装和动态键合关系的角度挖掘了全固态聚合物电解质改性的有效策略，为解决全固态聚合物电解质高电压稳定性以及离子电导率和机械强度相悖性开辟了新的途径，推动了高能量密度、高安全、长寿命全固态电池的发展，有望在电动交通工具、大规模储能领域得到应用。

刘宾元，教授，博士生导师。2010年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，石河子大学“绿洲学者”讲座教授、河北工业大学“元光学者”。长期从事二氧化碳的化学利用、生物质基高分子材料合成和高性能聚烯烃材料设计与开发的研究工作，主持完成了包括国家自然科学基金在内的纵向课题十几项，获授权中国发明专利二十余项；在Nature Commun.（自然通讯）、Adv. Mater.（先进材料）、Green Chem.（绿色化学）、ACS Catal.（美国化学会旗舰期刊）、J. Catal.（催化杂志）、Macromolecules（大分子）、Polymer（英国化学学术期刊）等期刊发表论文130多篇。

材料来源：化工学院 审核：郭宏飞 李志明