近日，我院动力集成及储能系统工程技术中心张健敏、郑宗敏课题组在兼具高安全和高能量密度固态电解质的研究应用中取得重要研究进展。相关原创性研究成果以“Three-Dimensional Metal-Organic Framework@Cellulose Skeleton-Reinforced Composite Polymer Electrolyte for All-Solid-State Lithium Metal Battery”为题在国际高水平学术期刊《ACS Nano》（自然指数期刊，中科院一区Top，IF = 17.1）上在线发表。我校为第一完成单位与通讯作者单位，硕士研究生宋鑫为该文第一作者，我院张健敏副教授和郑宗敏副教授为共同通讯作者。
该工作采用了一种创新性策略，即通过融合刚性功能骨架与软聚合物电解质来制备增强的复合聚合物固态电解质（CPEs）。具体而言，将三维纤维素纤维骨架（CF）上原位生长沸石咪唑框架（ZIFs），并与增塑剂琥珀腈（SN）一同融入聚氧化乙烯（PEO）聚合物电解质中，从而成功研制出了ZIF-67@CF/PEO-SN CPEs。通过向PEO中添加ZIF-67@CF和SN，实现了CPEs安全性与电化学性能的协同提升。此外，该工作运用了密度泛函理论，深入探讨了Li+在CPEs中的传导机制。值得一提的是，在30 ℃条件下，ZIF-67@CF/PEO-SN CPEs展现出了出色的性能：离子电导率高达1.17×10–4S cm–1，Li+迁移数达到0.40，电化学窗口宽至5.0 V，抗拉强度显著提高，达到18.7 MPa，且锂镀层/剥离稳定性优异，能在0.1 mA cm2的条件下稳定运行超过550小时。这些特性使得LiFePO4/(ZIF-67@CF/PEO-SN)/Li电池在30℃时展现出高放电比容量（0.2C时达152.5mAh g–1）、长循环寿命（经过150次循环后，容量保持率高达99 %）以及出色的使用安全性。该工作不仅为功能化CPEs在全固态锂金属电池中的应用提供了深刻见解，同时也推动了室温全固态电解质的发展。
该团队近年来的研究方向包括固态电池及聚合物固态电解质、涉及电池高效使用与本征安全的功能性隔膜、结构-储能一体化器件、各种新型储能器件（如钠离子电池、金属空气燃料电池、超级电容器等）的技术应用化研究,主持国家级、省部级、企业项目等9项，在ACS NANO, ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Materials Chemistry A, Nanoscale等国内外知名学术期刊发表论文40余篇，授权发明专利5项。指导硕士生获得第二届大学生低碳循环科技创新大赛全国一等奖和二等奖各1项。
论文链接：DOI: 10.1021/acsnano.4c01257