Chem. Sci.单离子导电聚合物电解质作为下一代电池的关键技术

背景介绍

由于锂离子电池一直是最先进的电化学储能技术，对更大规模储能的巨大需求引发了下一代具有高能量密度、延长循环寿命和增强的安全性的电池技术的发展。

然而，商业液体电解质由于其可燃性和与电极接触的不稳定性而受到安全问题的困扰。

固体电解质可以提供可接受的安全水平和与锂金属负极兼容。在各种固体电解质技术中，聚合物电解质因其体积变化小、高安全性以及易于加工等特点而受到人们的关注。

与锂盐络合的商业聚合物电解质是二元离子导体，其中锂阳离子和反阴离子都是可移动的物种。一般来说，阴离子的移动速度至少是锂阳离子的四倍（锂阳离子的运动与聚合物主体的路易斯碱性位点高度耦合）。因此，锂阳离子迁移只贡献了整体离子电流的一小部分（20%）。此外，由于阴离子没有电极反应，阴离子在电极和电解质之间的界面上积累，导致电池极化和周期寿命有限。

单离子导电(SIC)聚合物电解质的出现，为具有卓越的安全性、快速充电能力和高能量密度的下一代电池开辟了道路。

截止到2021年6月，238篇相关文章和7190次引用量，说明SIC聚合物电解质的研究正处于蓬勃发展的阶段。

香港大学Dong-Myeong Shin等人对最近单离子导电(SIC)聚合物电解质的工作进行了总结，综述了其设计、合成、制造和类别，以深入了解单离子导电聚合物电解质的物理化学性质。进一步强调了标准表征方法和显著的电化学性质，并讨论了当前的挑战和未来方向的展望。

图文解读

图1 不同电解质材料的性能

图2 双离子导体与单离子导体的区别

图3 用于构建SIC聚合物的阴离子基团

图4 磺酰胺阴离子基团

图5 弱配位的硼酸盐阴离子

图6 用于构建SIC聚合物的聚合物基质

图7 网络聚合物基质

图8 在聚合物电解质中的离子传输。(a)链内跳跃，(b)链间跳跃，(c)阴离子位点间跳跃，以及(d)阳离子扩散，而阴离子被捕获。

图9 提高电导率的方法

原文链接：Single-ion conducting polymer electrolytes as a key jigsaw piece for next-generation battery applications

https://doi.org/10.1039/D1SC04023E