中山大学阮文红AEnM：章鱼状聚合物电解质通过差异化溶剂化环境调节锂硫电池中的阳离子迁移

背景：锂硫（Li–S）电池因高理论比容量和低成本被视为下一代储能技术的重要方向，但受多硫化锂（LiPSs）穿梭效应制约。研究发现溶解的LiPSs会与Li⁺形成阳离子复合物（如Li₃S₆⁺），导致缓慢氧化还原动力学和容量损失。传统凝胶电解质对阳离子型LiPSs限域不足，常采用针对阴离子的位点，且极性基团与Li⁺强结合会升高去溶剂化能垒。研究目的：中山大学阮文红课题组受章鱼多臂触手启发，设计Ac-CP80智能凝胶电解质，通过构建差异化溶剂化微环境，实现对Li⁺和阳离子型LiPSs的选择性分离，在抑制穿梭效应的同时促进Li⁺快速传输。研究结合量子化学计算、原位/二维拉曼光谱、XPS、分子动力学模拟等系统验证。结论：Ac-CP80凝胶电解质通过两亲性结构构建了差异化溶剂化区域：醚氧网络形成Li⁺快速传输通道并捕获LiPSs至弱溶剂化、空间位阻的交联区域，酯氧增强界面极性加速Li⁺去溶剂化。系统实验和模拟证实了这种阳离子选择性传输，实现了0.72 mS cm⁻¹离子电导率、0.5C下781.6 mAh g⁻¹容量、600圈循环仅0.06%/圈衰减率的优异性能，为Li–S电池提供了一种动力学导向的设计策略。