中科院深圳碳中和研究所所長成會明：二維固態電解質材料可顯著提升性能
5月15日，由中國化學與物理電源行業協會指導，動力電池應用分會聯合電池中國網共同主辦的“電動航空及下一代電池技術(CIBF2025深圳)交流會”在深圳舉辦。中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所所長、研究員成會明，作題為《固態電池用二維固態電解質材料》的主旨發言。
圖為中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所所長、研究員成會明作主旨發言
固態電池是未來電池領域的重要發展方向。資料顯示，人類對固態電池和相應的固態電解質研究歷史非常長，已達百年之久。成會明談道，從1921年開始，行業就已經開始研究鹵化物固態電解質，后來又發現氮化物、聚合物、氧化物、硫化物。
近5-10年來，固態電池質領域的研發非常快，國家也非常重視。成會明指出，固態電池最重要的是固態電解質，因為正負極材料和目前的液態電池變化并不大。現在行業研究的固態電解質大概有四類：以無機為主的氧化物、硫化物、鹵化物，以及以有機為主的聚合物，這四類材料各有優缺點。
“無機固態電解質最大的優點，是離子傳導率相對比較高，當然和液態比還是差，但相對高;同時熱穩定性好，高電壓穩定性相對好。但最大的問題是成本較高。”成會明分析，有機聚合物固態電解質的優點是成本較低，界面接觸特性等比較好，但它的問題是離子傳導率非常低，相對于無機物至少低一個數量級。
固態電解質面臨的挑戰顯而易見，這給電池制造工藝帶來很大難點。“我們就要想辦法解決這個問題，嘗試采用二維固態離子傳導材料。”成會明談道，這個材料最重要的是有個二維限域效應，一些理論研究和實驗預測，二維限域空間可能會加速離子傳導。
“空間大小不一所產生的效應不一樣，比如界面效應、分子篩效應、溶劑擴散效應、量子效應等，因此二維可能極大促進離子傳導”。成會明進一步解釋，相關研究顯示，二維材料離子傳導和溫度關系，遠遠好于其它固態電解質，特別是在低溫下的特質。
既然這種材料是二維的有機固態電解質，是不是熱穩定性也會有問題?成會明指出，相關實驗表明，二維材料在溶液中浸泡也不分解，遇到明火也具有很好的阻燃性，而且這個材料高溫下不變形。從原料成本看，它的成本基本和聚合物相當，因此具有很好的商業化前景。
但成會明同時也表示，二維材料也有一些問題，因為二維材料的阻隔，離子跨層傳導就很差。因此“要想規模應用，還得需要大規模制備和組裝，所以我們就沒有選擇二維無機納米片，而選擇了有機分子自組裝。”
盡管二維材料有了一定改進，但是有沒有更好的固態電解質，或者有沒有其它新型的離子傳導機制?成會明指出，一定要善于利用人工智能突破固態電解質的技術瓶頸，利用人工智能驅動固態電解質體系的設計，收集相應數據進行分析、構建模型、進行訓練驗證，從而加速固態電池研發。
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