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科学研究
中空二氧化硅纳米球限域离子液体—实现聚合物电解质离子传导和机械强度的同步提升
 最后更新: 2020-04-26  作者: 佚名  浏览: 375次

  固态电解质(陶瓷和聚合物)由于其更好的安全性能,有望成为易燃液态电解质的替代品。其中,固态聚合物电解质表现出良好的柔韧性、优异的粘附性能和稳定性,但是其离子电导率和弹性模量较低。为解决上述问题,已报道的措施有增塑、交联及合成嵌段共聚物等,然而这些方法无法实现离子电导率和机械性能的同时提升,阻碍了固态聚合物电解质的商业化进程。近期,美国田纳西大学Sheng Dai教授课题组将离子液体(ILs)限域在中空SiO2(HS)纳米球中,成功制备出同时具有高离子电导率及优异机械性能的新型固态复合聚合物电解质(SCPEs),该研究成果发表在Batteries & Supercaps(2019, 2: 985–991)上,题为“Simultaneously Boosting the Ionic Conductivity and MechanicalStrength of Polymer Gel Electrolyte Membranes by Confining Ionic Liquids intoHollow Silica Nanocavities”。

图1. SCPEs的制备以及可能的锂离子迁移机制

(图片来源:彩票注册_彩票最佳网投平台_彩票最新平台app-诚信第一 Batteries & Supercaps, 2019, 2: 985–991)

 

  该工作采用溶液浇铸法来制备SCPEs,如图1所示。首先将LiTFSI和BMPy-TFSI限域在HS的空腔中,随后将纳米球分散到PVDF-co-HFP聚合物中。此外,作者也制备了一系列含有HS和不含HS的样品进行对比研究(记为SCPEs-HSx,其中x=0%,1%,2%,3%,4%,8%,x表示SCPEs中含有HS的重量比),探究了HS对SCPEs性能的影响规律。

 

图2.(a)采用力控法测量的SCPEs抗拉强度

(b)SCPEs的离子电导率与温度的关系

(图片来源:彩票注册_彩票最佳网投平台_彩票最新平台app-诚信第一 Batteries & Supercaps, 2019, 2: 985–991)

 

  结果表明通过空心球限域ILs可实现SCPEs机械性能和离子电导率的均衡提升,在室温和60℃时其离子电导率分别为0.5和3.1 mS cm-1。研究者分析机械性能和离子电导率的同时提升可能来源于: (1) HS纳米球将大量的ILs限域到其空腔中,从而保持了机械鲁棒性;(2) 包含ILs的SiO2网络具有丰富的离子传输通道,保证了高离子电导率。此外,HS纳米球与聚合物和ILs之间的强相互作用和配位作用使得SCPEs具有更高的热稳定性和电化学稳定性。

  综上所述,利用空心球限域锂盐和离子液体可同步提升聚合物凝胶电解质的机械性能和离子传导能力,此外该类电解质对锂具有良好相容性和长循环稳定性。因此,该电解质构筑策略有望推进锂金属电池的商业化进程。

 

 

 

原文链接:

原文作者:

Bishnu P. Thapaliya, Chi-Linh Do-Thanh, Charl J. Jafta, Runming Tao, Hailong Lyu, Albina Y. Borisevich, Shi-ze Yang, Xiao-Guang Sun* and Sheng Dai*

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