聚離子液體是以離子液體為重復單元的一類聚電解質(zhì),兼具離子液體的獨特性質(zhì)和高分子的力學性能,具有電導率高、電化學窗口寬、揮發(fā)性低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點,有望用于開發(fā)高性能柔性電解質(zhì)及相關(guān)柔性電子設(shè)備。因此研究聚離子液體凝膠電解質(zhì)的合成及其性能具有重要意義。
基于上述背景,北京大學化學與分子工程學院翟茂林教授課題組采用γ射線輻射方法,以1-乙烯基-3-烷基咪唑六氟磷酸鹽(CnvimPF6)為單體,1,1''-(1,6亞己基)-雙(3-乙烯基咪唑)六氟磷酸鹽為交聯(lián)劑,混合碳酸酯為溶劑制備得到有機聚離子液體凝膠(PCnvimPF6),并研究了其輻射聚合、交聯(lián)的規(guī)律,咪唑陽離子單體中的烷基鏈越長越有利于交聯(lián)反應 (圖1)。熱重分析(圖2)表明形成凝膠電解質(zhì)后,凝膠電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性有了明顯提高。
圖1 PCnvimPF6 的凝膠分數(shù)及平衡溶脹度與吸收劑量的關(guān)系
圖2 (a) PC6vimPF6 干凝膠; (b) PC12vimPF6 干凝膠; (c) PC12vimPF6 凝膠; (d) PC6vimPF6 凝膠; (e) 混合碳酸酯溶劑的TGA曲線
在此基礎(chǔ)上,在單體溶液中加入六氟磷酸鋰,一步輻射法制備得到親脂性的PCnvimPF6-LiPF6凝膠電解質(zhì)(PCnvimPF6-Li GPE)(圖3)。
圖3 PCnvimPF6-Li GPE的合成示意圖
輻射合成的PCnvimPF6-Li GPE具有良好的力學性能和高離子電導率,通過改變單體側(cè)鏈長度,單體及交聯(lián)劑濃度可優(yōu)化合成凝膠的性能。提高烷基側(cè)鏈長度,單體濃度及交聯(lián)劑濃度有利于提高合成凝膠的力學性能(圖4),減小單體濃度有利于提高電導率, 而交聯(lián)劑濃度影響不大(圖5)。研究表明,PCnvimPF6-Li GPE的力學性能主要與交聯(lián)密度有關(guān),而電導率主要與聚離子液體網(wǎng)絡、可移動離子和包含溶劑的比例有關(guān)。
圖 4 單體濃度及交聯(lián)劑含量對PCnvimPF6-Li GPE力學性能的影響
圖5 單體濃度及交聯(lián)劑含量對PCnvimPF6-Li GPE電導率的影響
李幸曉碩士研究生是該論文的第一作者,翟茂林教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(基金號11375019)的資助。
論文鏈接:http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2017.17210
- 浙理工王新平/周嫻婧與斯德哥爾摩大學Jiayin Yuan教授ACS Macro Lett.: 溫控“開-關(guān)”的三氮唑聚離子液體催化劑 2025-04-25
- 東華大學武培怡/焦玉聰團隊 Angew: α-甲基調(diào)控兩親性聚離子液體助力鋅碘電池 2025-03-18
- 蘇州大學嚴鋒教授團隊 AM:基于硼酸酯動態(tài)交聯(lián)的聚離子液體水下粘合劑 2024-10-24
- 華南理工大學孔憲教授 Macromolecules:通過構(gòu)建聚電解質(zhì)電荷序列調(diào)控雙電層電容器性能 2025-07-21
- 華工朱偉/中南林科大林親錄 AM:雙重改性益生菌解鎖“超級細胞工廠”“特洛伊木馬” 之力-精準調(diào)節(jié)腸道菌群助力攻克潰瘍性結(jié)腸炎 2025-06-09
- 中國人民大學賀泳霖等 Small:可噴涂超分子丙二醇凝膠 2025-05-15