固体聚合物电解质：让电子产品可弯曲的固态材料

众所周知，电解质是在溶液中或者熔融状态下有自由移动的离子，通电之后离子极化迁移可以呈现出一定的导电性。在通常情况下，自由移动往往与液体，或者说是流体是分不开的，但这也在一定程度上限制了离子导电的应用范围。就此，科研人员开发出了固态电解质，也就是在通电情况下存在可移动的离子的固体。固态电解质的应用领域目前主要在微电子，可穿戴或可打印电子产品，这些往往需要易于制造，兼具有良好的机械稳定性，可组装柔性和可弯曲，兼具高电化学和热稳定性，良好的机械强度，和尺寸稳定性的电解质材料。在众多固态电解质材料中，应用最广泛的当属聚合物电解质，即聚电解质。聚电解质通常由聚合物基体与导电的电解盐组成，与相应的电极材料组成完整的器件。

聚电解质一般由溶胶凝胶法制备。先将聚合物基体作为溶质在一定温度下溶于溶剂之中，完全溶解后加入电解质盐或是离子液体。混合均匀后烘干除去溶剂得到聚合物的固态多孔凝胶，以及填充在孔洞中的离子所形成的薄膜。其中聚合物基体通常包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烯。而起电解质作用的提供离子的物质的选择则要根据所要制备的器件的要求来选择。碱性环境下使用的器件往往是添加氢氧化钾做电解质，而对于酸性环境来说，磷酸和硫酸是在固态聚电解质中最常见的两种电解质。而氯化锂，硫酸锂，氯化钾，硫酸钠也常常用于锂电池以及后锂电池（钾、钠）电池中。对于离子液体来说，一般不是指电解质盐在高温时的熔融状态，而是在室温下就以液态存在的离子，大体可分为如下三种：聚阳离子型离子液体，即阳离子以共价键与聚合物主链相连；聚阴离子型离子液体，即阴离子以共价键与聚合物主链相连；两性型聚离子液体, 即阳离子和阴离子都通过共价键与聚合物主链相连，其中最常见的就是咪唑型离子液体。

聚电解质作用原理目前并不完善，通常倾向于在聚电解质的聚合物基体中，在电场作用下，内部的液相为离子的移动和传输提供了条件。而对于离子液体来说则更容易在施加电压的情况下移动，并在电极界面形成双电层。

一种聚电解质的工作原理

近来也有不少研究在聚电解质的基础上加以改进，使之具有更好的离子流动性，力学强度，柔性，无泄漏等特性。Jung等人用少层石墨烯掺杂进了聚电解质中，通过增强电子电导在一定程度上增强了电导率，而且还对电解质薄膜的力学性能有很大的提升。 Chen等人结合金属有机框架（Metal-organic framework，MOF）研制出了应用于锂电池的固态电解质，用金属的无机成分固定离子传输轨道，大大增加了固态电解质的离子电导率。 Suo等人发明了一种离子弹性体，在其两侧分别固定上聚阴离子和聚阳离子，形成类似于p-n结的单向导电性，在保证其他的条件下，具备较宽的操作电压窗口，而且更是完全克服了长时间使用会产生电解质消耗、泄露的问题。

聚电解质为新一代的智能器件的发展提供了新的可能性，其在传感器件，超级电容器，新型电池，致动器，催化等领域的应用发展有目共睹。性能更加优良、应用范围更加全面的聚电解质的出现值得期待。