固态锂电池(SSLBs)因采用金属锂负极和固体电解质，具有提高能量密度和安全性的潜质。固体电解质作为固态锂电池的关键材料，对电池性能有重要影响。其中，聚合物-石榴石型复合固态电解质因结合了聚合物电解质的易加工性以及石榴石电解质的热稳定性和高离子电导率的优点，在固态电池规模化制造中具有良好的应用前景。然而，由于纳米固体电解质粉体的表面能高、与有机物的界面兼容性差，导致纳米锂镧锆氧颗粒在聚合物基体中容易发生团聚，进而导致复合电解质的离子电导率降低。本工作引入硅烷偶联剂3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂ (LLZTO)的表面进行改性，旨在改善LLZTO颗粒在溶剂和聚合物基体中的分散性。LLZTO纳米颗粒表面的羟基与GPTMS分子反应形成共价键，在颗粒表面形成一层厚度约5 nm的GPTMS修饰层。GPTMS中具有亲脂性的环氧基团，使改性后的LLZTO纳米颗粒(LLZTO@GPTMS)在有机溶剂中均匀分散。粒度分布实验表明，LLZTO纳米颗粒的分散性与溶剂的极性呈正相关。采用均匀分散的LLZTO悬浮液，制备的PEO: LLZTO复合电解质的室温离子电导率可以达到2.31 × 10⁻⁴ S∙cm⁻¹。使用优化后的PEO: LLZTO@GPTMS电解质组装的锂对称电池以及以LiFePO₄ (LFP)为正极、金属锂为负极的SSLBs均表现出更长的循环寿命。此外，GPTMS的修饰有助于LLZTO纳米颗粒在聚乙烯(Polyethylene，PE)隔膜上的均匀涂覆。采用LLZTO@GPTMS涂覆PE隔膜的LFP|Li电池比采用未修饰LLZTO涂覆PE隔膜的电池展现出更优异的循环稳定性。结果表明，GPTMS能够有效提高LLZTO纳米颗粒在有机溶剂和聚合物基质中的分散性，对其他有机-无机复合材料体系具有指导意义。

基于航空航天专业育人特色，打通无机化学原理和无机元素课程建设的知识体系融合通道，利用STEM教学理念打造内涵式新质无机化学教学体系，解决目前存在的无机化学教学难点和痛点，提高课程的两性一度，为新时代化学人才的培养提供课程支撑。

明胶是动物结缔组织中的胶原蛋白经过适度水解得到的高分子材料，其具有溶胶-凝胶可逆性。本实验借助明胶的溶胶-凝胶可逆性以及果汁中富含的金属离子，制备了明胶果冻电解质材料和系列电解反应的科普简易装置。通过趣味性教学展示和适宜于大众直接参与动手的简易实验，使大众深入了解水果电池的根本原理以及金属离子在明胶内部被固化溶液环境中的运动转移特性，进而认识普通电池工作的内在机制。本科普实验不但将凝胶电解质材料在能量储存和转化方面的巨大优势充分展现在大众面前，促进公众对天然大分子和电解质科学的了解、提高科技创新认知以及激发他们的科学兴趣，具有极高的社会价值。本科普实验所用材料价廉易得且绿色环保，实验过程没有安全隐患，达到用大众熟悉的材料创新性地实现普及科学知识之目的。

溶液是化学学科的核心研究体系之一，电解质溶液是溶液体系的重要组成部分。本文选取了8本国内外代表性物理化学教材，以电解质溶液为研究对象，详细比较了不同教材中该部分的章节设置、内容安排，并对教材中的习题进行了介绍，期望为物理化学的教材编写和一线教学提供参考。

提高电池的截止电压上限可以显著提升锂电池的能量密度。然而，高截止电压也会导致正极材料在高压下发生不可逆相变和副反应，从而损害电池性能。为了解决这一问题，建立一个稳定的正极电解质界面(CEI)在提高电池性能方面起到了关键作用。本文探讨了CEI的形成机制，并概述了构建CEI的方法，包括人工构建CEI和原位生成CEI。此外，从电解质的角度出发，我们还展望了构建高压正极CEI的设计思路。

通过加入聚苯胺(PANI)提高聚乙烯醇(PVA)水凝胶电解质的导电性，并引入纳米SiO₂，使其与PVA中的羟基形成氢键相互作用，从而改善电解质的力学性能、离子传输能力和结构稳定性。所制备的PVA/PANI/SiO₂导电水凝胶电解质表现出高的拉伸应力(15.45 MPa)、应变(516.09%)、离子迁移数(0.56)和离子电导率(0.992 mS·cm^-1)，以及宽的电化学窗口(2.56 V)。使用该电解质的对称电池可实现超过1 200 h的稳定循环且锌沉积均匀。改性后的电解质显著提升了电池的电化学和力学性能，同时增强了其循环稳定性和电化学可逆性。

固体电解质界面层(SEI)对锂离子电池的电化学性能有着重要影响，理想的SEI层应同时具备良好的电子绝缘性、较高的离子电导率，以及一定的界面机械强度来承受锂沉积/剥离行为所伴随的体积变化和抑制锂枝晶形成。构筑LiF基人工SEI层已被证明是保护固态锂离子电池负极界面的有效策略。本工作通过材料数据库挖掘技术、高通量第一性原理计算和从头算分子动力学模拟对若干锂合金进行相图计算、扩散能垒计算，以评估其热力学稳定性和锂离子扩散能力，最终筛选出27种可用于LiF基人工SEI层锂离子导电相的锂合金材料。同时，对若干锂合金的晶体结构-扩散性质进行构效关系分析发现，锂合金晶体结构类型对锂离子扩散能力的影响比其元素组分更加显著，即I43d和Fm3m族群结构的锂合金具备非常优异的锂离子输运性能，而Pm3m和F43m族群结构的锂合金扩散通道狭窄，锂离子输运性能差。此外，本计算工作发现锂离子在LiF晶体中扩散迁移是极其困难的，而在LiF晶界和LiF/LiM合金界面迁移扩散阻力极小，藉此获得人工SEI界面层中锂离子输运的物理图像。

近中性锌-空气电池具有对锌负极良好的沉积/剥离相容性和对空气中二氧化碳的化学稳定性，在长循环方面展现出极高的应用前景。然而，液态电解质固有的水分挥发问题和可穿戴设备所需的柔性等需求，限制了这一体系的实际应用。本研究复合了具有高离子电导率和机械强度的聚丙烯酰胺聚合物骨架、具有丰富硅羟基的保水添加剂气相SiO₂和对二氧化碳稳定的近中性电解液，制备了气相SiO₂复合水凝胶聚合物电解质(SiO₂-HPE)。所合成的SiO₂-HPE聚合程度高，表面孔道丰富且元素分布均匀。SiO₂表面丰富的硅羟基通过改变HPE中的氢键网络，加强了对水分子的束缚，SiO₂-HPE因此展现出了良好的保水性、优异的机械性能和较高的离子电导率，是一种理想的柔性锌-空气电池电解质。基于SiO₂-HPE组装的近中性锌-空气电池，在相对湿度为30%的条件下，循环寿命可达200 h。此外，基于SiO₂-HPE的柔性近中性锌-空气电池器件在弯曲和剪切等特殊条件下都展现出优异的性能，并且可作为电源为不同的用电器供电，是一种极具潜力的下一代电化学储能器件。

电动势法测定电解质溶液的平均活度系数是一个经典的物理化学实验。然而，实验过程中，需要持续向溶液中通入氢气以形成氢电极，导致存在氢气泄漏引发爆炸的安全隐患。为解决该问题，本实验提出了一种改进方法：利用电解法制备氢电极来替代原有持续通入氢气的方法。改进后，测量过程中无需持续通入氢气，实验不再需要氢气钢瓶或氢气发生器，从根本上杜绝氢气泄漏和爆炸的风险，确保了实验的安全性。另外，本实验设计不但有助于学生理解物理化学理论课讲授的更多知识点，而且训练了学生掌握电解法制备氢电极的新技能。