A caddisfly larva case–mimicked gel polymer electrolyte with high toughness and enhanced ion transport for safe lithium metal batteries

叶蝉 材料科学 离子电导率 电解质 韧性 化学工程 聚合物 复合材料 锂(药物) 离子键合 锂离子电池 极限抗拉强度 金属 离子 纳米技术 电导率 纳米颗粒 能量密度 金属锂
作者
Q Liu,Xin M. Liang,Bing Liu,Yi Yuan,K Wang,Yuxin Xia,Bo Li,Huan Liu,Shi Xue Dou,Xiang Li,Huaxia Deng,Xinglong Gong
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (28): eaed3988-eaed3988 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.aed3988
摘要

Lithium (Li) metal batteries (LMBs) promise higher energy density than Li-ion cells but face a trade-off between ionic conductivity and mechanical strength in gel polymer electrolytes (GPEs). Inspired by caddisfly larvae cases, which assemble silk with particles for toughness and permeability, we develop a caddisfly larva case–mimicked gel polymer electrolyte (CLC GPE) with high toughness and enhanced ion transport. It integrates an electrospun polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene scaffold with shear thickening fluid. CLC GPE achieves a high ionic conductivity (2.80 × 10 −3 siemens per centimeter), a Li + transference number of 0.89, superior toughness (7.29 megajoules per cubic meter), and a puncture energy of 49.69 millijoules, which can resist thermal abuse (150°C), flame, and bullet impact (225 kilometers per hour). Symmetric Li||Li cells exhibit stable cycling over 800 hours, while Li||LFP (LiFePO 4 ) full cells maintain 97.6% capacity after 700 cycles at 0.5C. This design couples mechanical robustness with fast ion transport, offering a scalable route to safer, high-performance LMBs.
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