兩性離子（又稱內(nèi)鹽）代表了一種獨特但非常多樣化的材料類別，其中陽離子和陰離子物種共價結(jié)合。兩性離子已被廣泛研究，應(yīng)用于表面活性劑、表面涂層和催化劑，以及作為液晶和嵌段共聚物的基本單元。然而，它們在為鋰金屬電池 盡管目前對兩性離子在電解質(zhì)方面的應(yīng)用有相關(guān)的報道，但是到目前為止，它們主要被用作添加劑或制造聚合物凝膠電解質(zhì)。然而，兩性離子在作為帶電的非揮發(fā)性固體基質(zhì)材料方面具有潛力：它支持目標(biāo)離子的解離和傳輸，但自身不遷移。
澳大利亞迪肯大學(xué)的Jennifer M. Pringle 團隊報道了一類兩性離子，表現(xiàn)出分子無序和可塑性，這允許它們作為固態(tài)導(dǎo)電基質(zhì)使用 。同時，他們研究了這類兩性離子與鋰鹽和鋰功能化聚合物結(jié)合形成固體或高鹽含量的液體電解質(zhì)的物理和傳輸性質(zhì)，這種兩性離子基電解質(zhì)可以允許高目標(biāo)離子傳輸，并支持穩(wěn)定的鋰金屬電池循環(huán)。利用無序兩性離子材料作為電解質(zhì)基質(zhì)進行高目標(biāo)離子傳輸，加上改變化學(xué)和物理性質(zhì)，對于未來設(shè)計非揮發(fā)性電解質(zhì)材料具有重要意義 。
圖2 10 mol% LiFSI在ZI（1）中的熱性能和傳輸特性 圖3 10 mol% LiFSI在ZI（1）中在鋰對稱和全電池中的性能 圖4 10 mol% LiFSI 在ZI(1) 中及其與鋰功能化聚合物納米顆粒（NPs）的混合物 圖5 采用50 mol% LiFSI液體在ZI（1）電解液中的電導(dǎo)率和對稱鋰電池性能 本文報道了具有塑性和高目標(biāo)離子傳輸動力學(xué)的兩性離子材料作為非揮發(fā)性、非遷移電解質(zhì)基質(zhì)的應(yīng)用 。三種體系被用來證明這一材料家族的廣泛適用性：
（1）塑性兩性離子可作為基質(zhì)材料，提供一種非揮發(fā)性、離子導(dǎo)電的固體介質(zhì)，而無需相互競爭的離子傳輸；
（2）該兩性離子可用于含有鋰功能化聚合物等功能添加劑的復(fù)合材料，以提高目標(biāo)離子的傳輸和力學(xué)性能；
（3）對于高濃度的電解質(zhì)系統(tǒng)，兩性離子可以與高濃度的鋰鹽結(jié)合，形成具有高鋰離子傳輸?shù)姆菗]發(fā)性液體電解質(zhì)。
這三個體系已經(jīng)實現(xiàn)了鋰金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)。未來的工作將探討兩性離子對SEI層的影響，以減緩鋰枝晶的生長等。 這項工作也為其他電化學(xué)系統(tǒng)的電解質(zhì)開發(fā)指明了一個新的方向。例如，無序的兩性離子材料可能有利于增加其他堿金屬或多價離子電池中的目標(biāo)離子傳輸，并可以針對固體或液體電解質(zhì)的發(fā)展而定制。
Jenny Pringle 教授是迪肯大學(xué)前沿材料研究所的高級研究員。她在迪肯大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)研究離子電解質(zhì)的開發(fā)和應(yīng)用，包括熱能收集、二氧化碳分離和固態(tài)鋰電池。 研究主要集中在開發(fā)用于電化學(xué)裝置的新型液體和固體有機離子電解質(zhì)： 離子液體： 這是一種新型溶劑，完全由離子組成，可用于各種合成和電化學(xué)應(yīng)用。它們可以是不揮發(fā)和不易燃的，具有良好的離子導(dǎo)電性和優(yōu)異的熱和電化學(xué)穩(wěn)定性。對新系列離子液體的設(shè)計和合成及其在鋰和鈉電池等設(shè)備中的應(yīng)用感興趣。 有機離子塑性晶體： 這些是在許多相同有機鹽系列中發(fā)現(xiàn)的結(jié)晶相，但這些鹽具有更高的熔點和各種形式的無序，因此具有塑性機械性能。這種可塑性及其固有的離子電導(dǎo)率使它們作為固態(tài)離子導(dǎo)體受到關(guān)注。這些可以開發(fā)用于熱能儲存和氣體分離膜。 熱能收集： 研究一系列不同的電解質(zhì)—尤其是離子液體，以及用于熱電化學(xué)電池的氧化還原電對。這些設(shè)備旨在收集低品位廢熱。 Makhlooghiazad, F., O’Dell, L.A., Porcarelli, L. et al. Zwitterionic materials with disorder and plasticity and their application as non-volatile solid or liquid electrolytes. Nat. Mater. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41563-021-01130-z
原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/11/e51abf38dd/
