在电化学能量存储和计算需求不断增长的背景下，快速的离子传输行为在基础和实际层面都引起了广泛关注。其中，锂离子的快速传输是实现快速高效能量转换的一个关键点，特别是在锂离子电池中。
在此，北京航空航天大学宫勇吉、翟朋博、孙志梅、电子科技大学向勇等人利用氧化石墨烯层流膜（GOLMs）构建了纳米限制通道，实现了超过102 mS/cm的锂离子电导率，比传统液态或固态锂离子电解质高出一到三个数量级。
具体而言，作者构建了纳米限域通道的六氟磷酸锂（LiPF6）-乙烯碳酸酯（EC）/碳酸二甲酯（DMC）电解质展现出170 mS/cm的电导率，比体相电解质高约16倍。在超低温−60°C下，纳米限域电解质仍能保持较高的电导率（11 mS/cm）。
此外，基于原位表征和理论模拟的研究表明，增强的离子电导率主要归因于由高表面电荷和纳米限域效应引起的石墨烯氧化物纳米通道中阳离子和阴离子的逐层分布。更重要的是，作者将这种快速锂离子传输纳米通道引入磷酸铁锂（LiFePO4）正极，显著提升了锂电池的高倍率和长循环性能。
图1. 理论计算分析
总之，该工作通过对GOLMs中二维纳米通道内离子传输行为的系统研究，实现了超高的离子电导率，超过了102 mS/cm，比其对应体相电解质提高了至少一个数量级。
此外，在超低温（−60°C）下，纳米限域电解质仍能保持较高的电导率。分子动力学MD模拟和原位表征表明，离子电导率显著增强的主要原因是由GO表面电荷和纳米限域效应引起的阳离子和阴离子的交替排列。
最后，作者将这种锂离子传输路径引入LiFePO4正极，显著提升了锂电池的倍率性能和长循环性能。该新方法提出了基于纳米限域效应构建超快速离子传输路径的思路，但仍需要进一步研究，以推动其在实际超快速离子传输电池中的应用。
图2. 全电池的电化学性能
Ultrafast Lithium‐Ion Transport Engineered by Nanoconfinement Effect, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202416266