利用螺旋结构提高固态电解质的电导率和稳定性

几十年来，人们一直在探索固态电解质在储能系统和固态电池中的应用。这些材料是当今电池中使用的传统液体电解质(一种允许离子在电池内移动的溶液)的更安全替代品。然而，需要新的概念来推动当前固体聚合物电解质的性能，使其适用于下一代材料。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学与工程研究人员探索了螺旋二级结构对固态肽聚合物电解质电导率的作用，发现与“随机线圈”结构相比，螺旋结构表现出大大增强的电导率。

他们还发现，螺旋越长，导电性越高，螺旋结构可以提高材料对温度和电压的整体稳定性。

他们的研究成果《螺旋肽结构提高固体电解质的导电性和稳定性》发表在《自然材料》杂志上。

“我们引入了使用二级结构(螺旋)的概念，来设计和改进固体材料中离子电导率的基本材料特性，”领导这项研究的克里斯·埃文斯教授说。“这与你在生物学中发现的肽中的螺旋相同，我们只是出于非生物学原因使用它。”

聚合物倾向于采用随机结构，但聚合物的主链可以控制和设计成螺旋结构，就像 DNA 一样。因此，聚合物将具有大偶极矩——正电荷和负电荷的大规模分离。

沿着螺旋的长度，每个肽单元的小偶极矩将累加形成大偶极矩，从而增加整个结构的导电性和介电常数(衡量材料存储电能的能力的指标)，并改善电荷传输。肽越长，螺旋的导电性越高。

Evans 补充道：“这些聚合物比普通聚合物稳定得多，螺旋结构非常坚固。与无规卷曲聚合物相比，它们可以承受高温或高压，而且不会降解或丢失螺旋结构。我们没有看到任何证据表明这种聚合物在我们不希望它分解之前就分解了。”

此外，由于该材料是由肽制成的，因此当电池出现故障或达到使用寿命时，可以使用酶或酸将其降解回单个单体单元。 经过分离过程后，可以回收并重新使用起始材料，从而减少其对环境的影响。

克里斯·埃文斯 (Chris Evans) 还是伊利诺伊州材料研究实验室 (MRL) 和贝克曼高级科学技术研究所的会员。

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