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成会明：《二维固态电解质材料可显著提升性能》
2026-06-27 15:59:28
作者：成会明（中国科学院院士，中国科学院深圳先进技术研究院研究员）
固态电池是未来电池领域的重要发展方向。资料显示，人类对固态电池和相应的固态电解质研究历史非常长，已达百年之久。成会明谈道，从1921年开始，行业就已经开始研究卤化物固态电解质，后来又发现氮化物、聚合物、氧化物、硫化物。近5-10年来，固态电池质领域的研发非常快，国家也非常重视。成会明指出，固态电池最重要的是固态电解质，因为正负极材料和目前的液态电池变化并不大。现在行业研究的固态电解质大概有四类：以无机为主的氧化物、硫化物、卤化物，以及以有机为主的聚合物，这四类材料各有优缺点。
无机固态电解质最大的优点，是离子传导率相对比较高，当然和液态比还是差，但相对高;同时热稳定性好，高电压稳定性相对好。但最大的问题是成本较高。有机聚合物固态电解质的优点是成本较低，界面接触特性等比较好，但它的问题是离子传导率非常低，相对于无机物至少低一个数量级。固态电解质面临的挑战显而易见，这给电池制造工艺带来很大难点。“我们就要想办法解决这个问题，尝试采用二维固态离子传导材料。”成会明谈道，这个材料最重要的是有个二维限域效应，一些理论研究和实验预测，二维限域空间可能会加速离子传导。
空间大小不一所产生的效应不一样，比如界面效应、分子筛效应、溶剂扩散效应、量子效应等，因此二维可能极大促进离子传离。相关研究显示，二维材料离子传导和温度关系，远远好于其它固态电解质，特别是在低温下的特质。既然这种材料是二维的有机固态电解质，是不是热稳定性也会有问题？相关实验表明，二维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，而且这个材料高温下不变形。从原料成本看，它的成本基本和聚合物相当，因此具有很好的商业化前景。
二维材料也有一些问题，因为二维材料的阻隔，离子跨层传导就很差。因此“要想规模应用，还得需要大规模制备和组装，所以我们就没有选择二维无机纳米片，而选择了有机分子自组装。尽管二维材料有了一定改进，但是有没有更好的固态电解质，或者有没有其它新型的离子传导机制?成会明指出，一定要善于利用人工智能突破固态电解质的技术瓶颈，利用人工智能驱动固态电解质体系的设计，收集相应数据进行分析、构建模型、进行训练验证，从而加速固态电池研发。
作者介绍：
成会明：中国科学院院士、发展中国家科学院院士、欧洲科学院外籍院士，中国科学院深圳先进技术研究院研究员、博士生导师，碳中和技术研究所所长，深圳理工大学材能学院荣誉院长、讲席教授，沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部主任，国家杰出青年科学基金获得者，入选百千万工程领军人才。曾担任中国科学院金属研究所副所长、常务副所长、党委书记、沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部主任、中国科学院深圳先进技术研究院和深圳理工大学，创立碳中和技术研究所并担任所长。成会明院士主要从事新型储能材料与器件、太阳能光催化材料、碳纳米管、石墨烯材料的研发和应用。曾担任1项科技部基础研究计划（973）项目和2项国家纳米重大研究计划项目的首席科学家，连续三届主持国家自然科学基金委创新研究群体项目并主持基础科学中心项目；在Science、Nature、Adv. Mater、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem.等国际刊物上发表学术论文860余篇，被引用近14万余次，H因子152；编撰出版专著、译著4部，获得发明专利100多项。曾获国家自然科学二等奖3项、国防科技进步二等奖、何梁何利科学与技术进步奖、美国Charles E. Pettinos奖、德国Felcht奖、美国ACS Nano讲座奖等奖励。
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