近日，中国科学院大连化学物理研究所陈萍、何腾、于洋团队与厦门大学吴安安副教授合作，在固态电池领域取得重要突破，成功开发出碱金属羟基吡啶盐类新材料，其中间位羟基吡啶钾盐展现出优异钾离子传导性能，可作为高性能固态电解质，相关成果发表于国际顶级期刊《美国化学会志》，为低成本、高安全全固态钾金属电池开辟了全新技术路径。
该研究团队长期深耕金属有机化合物储氢材料领域，此前已在苯酚盐、羟基吡啶盐等体系积累了扎实的研究基础，并创新性提出中性分子辅助阳离子传导策略，在固态离子传导方向实现多项突破。
随着研究深入，团队发现部分金属有机化合物的阴离子可形成二维层状或三维骨架结构，为阳离子传输提供天然通道，但受限于阴阳离子作用过强或阳离子空位缺失，难以实现高效传导。在本次工作中，研究团队从分子设计源头出发，通过在苯酚环中引入氮原子，精准构建钾离子非饱和配位环境，并系统调控羟基取代位置，合成邻位、间位、对位三种羟基吡啶钾异构体，经过多轮性能测试与结构表征，最终确定间位羟基吡啶钾为最优电解质材料。
图源：中国科学院大连化学物理研究所
该材料在无需中性分子辅助的条件下，含1%钾空位的样品在90°C时离子电导率可达0.22mScm⁻¹，离子迁移数高达0.99，理论计算证实，其高效传导依托层状柔性结构中的空位传输机制实现，离子迁移路径清晰且动力学稳定，大幅超越传统钾离子固态电解质水平。
除了出色的离子传导性能，这款新型金属有机固态电解质还兼具多重产业化友好特性，材料具备良好热稳定性与空气稳定性，不易燃、安全性突出，同时拥有低杨氏模量，可通过冷压成型加工，机械性能适配全固态电池规模化制备需求，有效解决传统无机固态电解质脆性大、界面接触差的行业痛点。
团队基于该电解质成功组装全固态钾金属电池，完成关键性能验证，标志着从材料创新到器件集成的完整技术链条已初步打通。与氧化物、硫化物等传统固态电解质相比，此类金属有机化合物电解质结构可设计性强、合成条件温和、原材料成本低廉，更适合大规模量产，同时规避了液态电解质漏液、燃烧等安全风险，完美契合动力电池、大规模储能等场景对安全性与经济性的双重要求。
当前全球固态电池竞争日趋激烈，锂基路线受资源约束与成本压力影响，产业化进程面临多重挑战，开发资源可持续、低成本的新型电池体系已成为行业共识。
钾金属电池凭借钾资源储量丰富、电极电势较低、电化学性能稳定等优势，被视作锂体系的重要补充，而全固态构型进一步放大其安全与寿命优势，此次我国团队在金属有机钾离子固态电解质上的突破，不仅填补了该领域技术空白，更建立起分子结构设计与离子传导性能关联的全新准则，为后续材料迭代提供理论指导。
从科研价值来看，该成果深化了金属有机化合物在固态离子传导领域的应用认知，拓展了固态电解质材料体系；从产业前景来看，新材料兼顾高离子传导、高稳定性与易加工特性，有效破解全固态钾电池产业化的核心瓶颈，为低成本、长寿命、高安全储能技术提供新选择。
