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  隨著“碳達峰，碳中和”成為全球共識，儲能產業的市場發展潛力巨大，亟需發展具有高比能的下一代電池技術。以鋰金屬作為負極的鋰金屬電池因其高能量密度優勢，成為最有希望的候選者。然而，由于商用有機電解質具有揮發性和易燃性的特征，電池運行過程中極易引發一系列安全問題。本團隊前期研究證明利用高機械強度和安全性的固態電解質替代液態電解質，可以有效避免不可逆的電解液分解和負極鋰枝晶生長，從而提高電池的安全性和循環壽命（Nature 2021, 592, 551-557、J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 5718-5729、Chem 2023, 9, 394-410、Matter 2023, 6, 142-157、Nat. Commun. 2020, 11, 2191、Adv. Mater. 2020, 32, 2002559）。因此，探索兼具高離子電導率、高電化學穩定性、高機械強度、高界面加工性和低成本的新型固態電解質材料，是鋰金屬電池研究的重要發展方向，且面臨嚴峻的挑戰。

圖3 基于PIMs固態電解質的全電池性能和機械穩定性測試

  為了構筑具有電子、離子以及氣體的同時傳輸能力的固態空氣正極用于固態鋰空氣電池，將AO-PIM-1-Li與具有優異催化能力的N摻雜催化劑復合制備了高離子導電和高電子導電的固態空氣正極（圖4）。所組裝的固態鋰空氣電池展現出11307 mAh g^?1的放電容量和247次的長循環壽命。并且在1000 mA g^?1的電流密度下，放電電位可以保持在2.4 V，證明了其優異的倍率性能。利用原位電化學差分質譜研究了基于AO-PIM-1-Li的固態鋰空氣電池在充放電過程中氧氣的可逆消耗和生成。結果表明，基于AO-PIM-1-Li的固態鋰空氣電池具有優異的可逆性。

圖4 基于PIMs固態電解質的固態鋰空氣電池的電化學性能和可逆性

  綜上，該工作創制了具有高離子電導率、優異電化學穩定性、化學穩定性和機械穩定性PIMs固態電解質，深入探究了PIMs中鋰離子的輸運機制，基于此構筑了高安全長壽命的固態鋰金屬電池和鋰空氣電池。該工作在關鍵材料設計和電池集成方面均具有明確的創新性，為發展下一代高性能固態電池技術提供了新思路。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202308837