一组研究人员最近在《华尔街日报》发表了一篇论文gydF4y2Ba碳能源gydF4y2Ba回顾了战略用于平衡力学性能和polyacrylate-based聚合物电解质的离子电导率(宾夕法尼亚的PEs)对能源的应用程序。gydF4y2Ba
研究:gydF4y2Ba权衡ion-conducting和机械性能:聚丙烯酸电解质gydF4y2Ba。图片来源:Gorodenkoff / Shutterstock.comgydF4y2Ba
背景gydF4y2Ba
PEs的发展发挥重要作用高能量电池和灵活的能源设备由于他们的机械和化学稳定性。然而,PEs的离子电导率值与合适的机械性能显著降低室温电导率值相比10gydF4y2Ba−4gydF4y2Ba年代厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba所需的实际应用,阻碍了其大规模应用。gydF4y2Ba
栓塞形成后症状(PEs)的力学性能和离子导电性是逆相关,显著增加了挑战的正确平衡这两个属性的实际应用。酯复合物(PAs)获得了重大关注合适的PE主机由于它们的机械耐久性、化学可调性,电极的兼容性和酯极性。gydF4y2Ba
PA新兴复合材料,广泛用于干燥固体,和增塑的凝胶,使宾夕法尼亚的PEs的合适选择调查之间的权衡在PEs的机械强度和离子传导。gydF4y2Ba
在本文中,作者回顾了主要策略用来平衡和调和互斥的机械和离子传输性质在宾夕法尼亚的PEs确定下一代PE设计指导方针。gydF4y2Ba
之间的权衡在宾夕法尼亚的PEs离子电导率和机械性能。PA,聚丙烯酸酯;PE、聚合物电解质。图片来源:杜J et al .,碳能源gydF4y2Ba
烷基gydF4y2Ba量gydF4y2Ba巴勒斯坦权力机构gydF4y2Ba量gydF4y2Ba基于凝胶聚合物电解质(gp)gydF4y2Ba
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被广泛用作GPE骨架由于其优异的金属锂的兼容性、酯极性、高强度和高玻璃化转变温度(TgydF4y2BaggydF4y2Ba)。的好ester-solvent亲和力PMMA防止不良界面反应和泄漏。此外,酯基团alkyl-PMMA脊椎可以促进盐离解。gydF4y2Ba
聚丙烯酸乙酯(豌豆)的医生使用一个M增塑的方法在碳酸乙烯carbonate-dimethyl锂(EC DMC)应承担证明离子电导率最高的6.30厘米的女士gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在所有alkyl-PA-based PEs。此外,PEA-based gp显示刚性和弹性。gydF4y2Ba
长烷基不是提高灵活性、延性、离子传导,兼容性和粘附与锂阳极的全科医生,而甲基拴在主链增加了GPE脆性。含有强极性烷基氟能促进热量和机械稳定性和促进盐离解。gydF4y2Ba
聚合物薄膜的孔隙密度和结构可以控制在一个具有成本效益的方式来使用原位丙烯酸酯单体聚合来改善机械性能。例如,原位聚合聚(丙烯酸丁酯)(PBA)基于GPE与80 wt. %液体内容显示良好的弹性与应变超过600%。gydF4y2Ba
增塑剂对alkyl-PA-based医生选择根据它们的化学特征,包括捐赠数量和介电常数和能力与聚合物主机进行交互。gydF4y2Ba
例如,极性不匹配EC /碳酸丙烯酯(PC)电解质和丁组可以导致相分离,这限制了大部分离子迁移率和自由体积GPE的电影。gydF4y2Ba
烷基公/ PA的机械强度检测医生必须改进他们的完整性是显著影响后液体吸收。其他聚合物阶段和单体可用于混合和烷基异分子聚合,分别以提高机械强度。gydF4y2Ba
例如,聚丙烯腈(PAN)的掺入PMMA量建立全科医生可以改善机械性能,盐溶解性,加工性能、阻燃性、氧化稳定性和热稳定性。gydF4y2Ba
在PEO离子传输机制。PEO聚氧化乙烯。图片来源:杜J et al .,碳能源gydF4y2Ba
环氧乙烷(EO)gydF4y2Ba量gydF4y2Ba巴勒斯坦权力机构gydF4y2Ba量gydF4y2Ba建立全科医生gydF4y2Ba
极地和灵活在EO EO分支机构,如聚(聚(乙二醇)丙烯酸甲酯)P (PEGMA),可以保存在聚合物增塑剂主机,防止不良electrode-electrolyte传质。聚(甲基丙烯酸正丁酯)(PBMA) -PEGMA共聚物可以保留400 wt. %溶剂,同时保持良好的机械稳定性。gydF4y2Ba
然而,软comb-like结构EO不是让他们在尺寸上不稳定。化学交联剂,如三元B量集中PEGMA (BC)和双酚A乙氧基利用(讲坛),可以用来改善EO-PAs模量。此外,EO-PA-GPEs的机械性能也可以明显改善通过构造半互穿网络(SIPNs)或应承担的互穿网络(施用肥料)。gydF4y2Ba
溶剂和离子迁移率逐渐减少在EO -或alkyl-PA-GPEs由于节段EO-PAs / alkyl-PAs动力学缓慢,这需要大量的液体增塑剂的使用影响聚合物骨架的尺寸稳定性。因此,确保机械gp的稳定是至关重要的。gydF4y2Ba
EOgydF4y2Ba量gydF4y2Ba宾夕法尼亚的固体聚合物电解质(spe)gydF4y2Ba
锂离子传输行为EO PA应承担的spe EO侧链的动力学是直接相关的。尽管低聚物的P (PEGMA)具有良好的导电性的10gydF4y2Ba−5gydF4y2Ba年代厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba,它不能提供所需的尺寸稳定性,这需要使用其他策略,如专业聚合物架构的建设或与其他单体耦合。gydF4y2Ba
例如,PEGMA共聚物的交联,地理(2(3量(6地理必经甲基4高含氧的检测1 4列车dihydropyrimidin 2列车yl)应承担的ureido)甲基丙烯酸乙酯),和六(4公/丙烯酸乙酯苯氧基)大大提高了机械强度。然而,必须适度的交联程度,允许自由锂离子传导,短程的能动性。gydF4y2Ba
过度交联可以通过构造SIPN预防此类项目还可以几个非交叉链接的离子导电聚合物阶段和交联网络平衡力学性能和离子电导率。gydF4y2Ba
虽然简单的共聚方法可以改善PEGMA SPE的机械强度,他们也导致离子运输的损失。嵌段共聚物可用于制造微型地理(纳米)阶段分离异构spe包含EO富域与锂传导通路和rigid-supporting阶段。gydF4y2Ba
Microphase列车分离PEGMA基于spe表现出卓越的机械性能和较高的离子电导率比统一的spe。此外,纳米嵌段共聚物的性质通过调节聚合物电解质可以优化需求结构和化学。例如,刚性聚苯乙烯(PSt)块的机械强度可以提高粘性显著P (PEGMA)。gydF4y2Ba
超支化聚合物具有特殊的结构性质,如可调链包装,结晶度低,控制灵活性和耐热性由于其丰富的终端组和不规则分支。功能化终端组可以通过物理缠绕增强SPE力学性能而不影响电导率。gydF4y2Ba
短范围应承担的无序和长期范围要求塑料晶体可以提供一个熵值中锂离子迁移。例如,引入琥珀腈(SN)到spe提高了电导率10gydF4y2Ba−4gydF4y2Ba年代厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。然而,盐量协调SN加上削弱聚合物纠缠可以影响力学性能。含氰基的团体可以被纳入聚合物侧链使用SN增塑剂时保持尺寸稳定性。gydF4y2Ba
异常高离子电导率值附近的统一可以通过使用单一离子导电spe。例如,单离子SPE与电导率的悬而未决的trifluorobutane磺酸盐一半是大大高于nonfluorobutane磺酸盐由于提高了电荷离域。gydF4y2Ba
描述(A)和(B)力学性能的量化。图片来源:杜J et al .,碳能源gydF4y2Ba
无机添加剂对宾夕法尼亚的复合聚合物电解质(cp)gydF4y2Ba
无机成分,如二氧化锆、锡氧化物,和二氧化钛,可以化学结合或身体注入PEs合成混合无机PEs(惠普)或cpe与平衡的力学性能和离子运输。gydF4y2Ba
几项研究已经证明,这些无机离子传导阶段可以积极影响,界面行为,热力学稳定,抑制锂枝晶。gydF4y2Ba
例如,两个wt. %的掺入硅在PMMA /聚(亚乙烯基fluoride-hexafluoropropylene) (P (VDF-HFP)) /热塑性聚氨酯(TPU)增塑的使用一个M高氯酸锂EC / PC的电导率增加8.5厘米。女士gydF4y2Ba1gydF4y2Ba10.8 MPa压应力和拉伸应变的86.4%。gydF4y2Ba
无机固体电解质(sy)可以加上spe实现优异的离子导电能力与灵活性,加工性能,界面友好。gydF4y2Ba
结论gydF4y2Ba
大多数宾夕法尼亚的PEs,专门医生,可以根据应用程序的要求。然而,与医生的力学性能相关的限制必须解决使用它们的实际应用。gydF4y2Ba
具体来说,调节最优增塑剂量,使用不易燃的液体,和理解之间的交互盐、液体聚合物,在分子水平上是必要的。gydF4y2Ba
此外,spe的电导率必须改善使其技术上可行。灵活的耦合EO不是与硬sy可以平衡机械性能和离子电导率。gydF4y2Ba
在未来,机器学习和分子动力学模拟可以用来加速识别、筛选和预测可取的材料结构和成分开发下一代PEs能源技术。gydF4y2Ba
源gydF4y2Ba
杜,J。杜,X。陆,G。gydF4y2Ba等gydF4y2Ba。权衡ion-conducting和机械性能:聚丙烯酸电解质。gydF4y2Ba碳能源gydF4y2Ba2022年gydF4y2Ba。gydF4y2Bahttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.287gydF4y2Ba
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