多年来，固态电解质因其在能源存储解决方案中的潜在应用，特别是在固态电池的开发方面，受到了广泛研究。这些材料提供了一种比传统液体电解质更安全的选择——液体电解质是目前使用的物质，能够促进电池内的离子运动。然而，迫切需要创新的方法来增强现有固体聚合物电解质的性能，以满足未来材料的需求。
伊利诺伊大学香槟分校的材料科学与工程研究人员研究了螺旋次级结构如何影响固态肽聚合物电解质的导电性。他们的研究结果表明，与“随机卷曲”相对应的结构相比，螺旋结构显著提升了导电性。此外，他们发现，较长的螺旋链与增强的导电性相关，并且这一结构改善了材料在温度和电压变化下的整体稳定性。
“我们提出利用次级结构——例如螺旋——来精炼和增强固体材料中离子导电性的基本属性的想法，”领导这项研究的克里斯·埃文斯教授解释道。“我们使用的螺旋与生物肽中发现的相同结构，但在这里应用于非生物应用。”
通常，聚合物会采用随机形状；然而，通过操控聚合物主链，可以创建类似于DNA的螺旋结构。这种排列产生了一个宏观偶极矩——正负电荷的大幅分离。在螺旋长度上，每个肽单元的小偶极矩结合在一起，增强宏观偶极，从而提高了导电性和介电常数——这是材料存储电能的能力的一个指标——这反过来又改善了电荷传输。肽链越长，螺旋的导电性越强。
埃文斯进一步指出：“这些聚合物与标准聚合物相比保持了更大的稳定性——因为螺旋形成了一种非常稳定的结构。它们能够比随机卷曲的聚合物更好地承受高温和高电压，而不会退化或失去螺旋形状。我们没有观察到在达到预期使用寿命之前有任何聚合物分解的迹象。”
此外，由于这些材料源自肽，当电池失效或接近其工作寿命结束时，它们可以通过酶或酸被环境自然分解成单个单体单元。这个过程允许在分离后回收和再利用初始材料，从而减少环境影响。
这篇题为《螺旋肽结构改善固态电解质的导电性和稳定性》的研究论文发表在《自然材料》上。
克里斯·埃文斯还担任伊利诺伊大学材料研究实验室（MRL）和贝克曼先进科学与技术研究所的职务。
这项研究的其他主要贡献者包括：来自材料科学与工程系、MRL和贝克曼先进科学与技术研究所的陈颖颖、薛天瑞、陈晨、张成恩、保罗·布劳（都来自伊利诺伊大学），以及来自中国西湖大学材料科学与工程系的程建军。
这项工作得到了美国国家科学基金会和美国能源部基础科学办公室，材料科学与工程部的资助。
