尼龍基高粘彈性聚合物固態電解質!

尼龍基高粘彈性聚合物固態電解質!

眾所皆知,穩定且兼容的電解質/電極異質界面在固態和柔性電池中至關重要。然而,連續的電化學循環和機械變形會導致結構錯位和副反應的產生。因此,構建兼容的穩定界面且確保電池組件之間的準確接觸是目前最重要的挑戰之一。為應對這一挑戰,中國科學院青島生物能源與過程所崔光磊趙井文和中科院大連化物所侯廣進等人首次提出瞭定制高粘彈性的聚酰胺(PA,尼龍)基聚合物固體電解質來實現界面兼容的解決方案

具體來說,即通過高濃度雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(LiTFSI)的水溶液解開瞭與氫牢固鍵合的PA大分子鏈,並將其再生為具有橋接陽離子-陰離子締合的交聯結構。

這種精心設計的交聯技術賦予瞭PA基電解質理想的機械特性,包括高粘彈性和可逆拉伸性。值得指出的是,這不僅是PA首次溶解在水溶液中,也是PA基粘彈性聚合物電解質的首次展示。該項工作表明通過重構經典聚合物的結構並開發功能性電解質,可以克服下一代固體電池的界面缺陷所帶來的瓶頸。

尼龍基高粘彈性聚合物固態電解質!

本文亮點:

1、結合小角X射線散射(SAXS)、拉曼光譜、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和固態核磁共振(NMR)技術,證實瞭相關離子對(Li +-TFSI)會插入到PA鏈間,通過Li +陽離子和酰基之間的配位以及在TFSI陰離子和氨基之間的弱氫鍵形成鏈間關系。這種構象修飾的PA網絡具有超高的粘彈性和可逆的可拉伸性。

2、更重要的是,鏈間離子締合可減輕金屬與酰基之間的相互作用,從而促進快速的離子傳導(2.7×10-4 S cm-1。也就是說,通過構建具有橋連陽離子和陰離子配位的交聯結構來繞開瞭離子電導率和粘彈性模量之間的矛盾。這些特性使電極和電解質可以同步運動,即使在極端變形時也可以確保穩定的界面電荷轉移。

3、PA基電解質還具有寬的電化學穩定性窗口( > 3 V相對於Zn / Zn2 +),且在裝有LiFePO4陰極和Zn金屬陽極的電池經過400次循環後,仍然保留瞭82%的初始容量。作者進一步演示瞭基於PA電解質的柔性電池,其中同步的電解質/電極移動即使在極端變形(180°彎曲和5 MPa的壓力)和電化學刺激下也能確保親密且兼容的界面。這些結果為高級電池的開發提供瞭新的視角,為基於經典聚合物再生的電解質兼容界面工程鋪平瞭道路。

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