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煙臺大學(xué)武文娜課題組 Small：有序離子液晶電解質(zhì)與柔性器件
2023-11-14  來源：高分子科技

  柔性電子材料兼具導(dǎo)體導(dǎo)電性和材料柔韌性，在承受拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等機械形變時，材料的電子傳輸性質(zhì)得以保留，在可穿戴器件與柔性儲能設(shè)備等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。開發(fā)具有取向結(jié)構(gòu)的離子傳輸通道是增強聚合物電解質(zhì)導(dǎo)電性的有效方法，由雙親小分子自組裝形成的液晶體系則被認(rèn)為是高效離子傳輸?shù)牧己貌牧稀?/span>


圖1. All-gel flexible supercapacitor的構(gòu)筑示意圖。


  近日，煙臺大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院青年教師武文娜與山東大學(xué)郝京誠教授合作報道了一種有序離子液晶電解質(zhì)并用于全柔性超級電容器（圖1）。將兩親性離子液體和低共熔溶劑的獨特性質(zhì)與液晶中高度有序的微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合，即以無序的離子液體作為組裝基元，在低共熔溶劑介質(zhì)中通過自組裝形成有序的液晶結(jié)構(gòu)（圖2），選擇具有高度取向結(jié)構(gòu)的層狀液晶作為基體，通過光引發(fā)聚合交聯(lián)，將液晶的取向結(jié)構(gòu)鎖定，進而成功制得具有取向結(jié)構(gòu)的凝膠電解質(zhì)（圖3a-b），其中相分離產(chǎn)生的親水層或離子層形成界限清晰的離子通道，實現(xiàn)了離子的快速傳輸（圖3）。無需使用額外的可伸縮襯底或隔膜，與凝膠電極組裝形成全凝膠一體化柔性器件，極大減弱了電極與電解質(zhì)的界面電阻。這種新穎的結(jié)構(gòu)組成、簡單的構(gòu)筑方法、穩(wěn)定的機械性能以及優(yōu)良的電化學(xué)性能使柔性超級電容器具有真正可穿戴應(yīng)用的前景。該工作以“Liquid crystal electrolyte with lamellar ionic channels for all-in-one gel flexible supercapacitor”為題，發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Small》上，（Small 2023, 2305463）。文章第一作者兼通訊作者是煙臺大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院青年教師武文娜。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金和山東省青年泰山計劃的資助。


圖2. VCnIMBr-DES混合物相行為的調(diào)控。


圖3. 液晶取向結(jié)構(gòu)鎖定及凝膠電解質(zhì)的性能。


圖4. 凝膠電極的制備及性能表征。

  該工作是課題組近期關(guān)于有序聚集體結(jié)構(gòu)調(diào)控與電化學(xué)研究的最新進展之一。雙親分子的一個典型特征是自發(fā)的聚集行為，其有序聚集體形貌種類多樣，按照熱力學(xué)穩(wěn)定性可大致分為均相體系和多相體系兩大類。均相體系中常見的聚集體包括膠束、囊泡、溶致液晶、微乳液等；多相體系中常見的聚集體包括乳液、凝膠、泡沫等。由于其內(nèi)部具有高度有序的自組裝結(jié)構(gòu)，作為高效的電子或離子傳輸體系受到了越來越多的關(guān)注。在過去的兩年中，該課題組制備了一系列基于乳液或乳液自組裝制備的凝膠軟材料、氣凝膠（Chem. Eng. J., 2022, 446, 137328，J. Colloid Interface Sci., 2022, 625, 446-456）或有序結(jié)構(gòu)電極材料（ACS Cent. Sci., 2021, 7, 1611-1621），這類軟材料具有精確的多孔或取向結(jié)構(gòu)，為電子或離子的自由傳輸提供通道。


  原文鏈接：http://s.dic.cool/S/s7hrRNEY

  下載：Liquid crystal electrolyte with lamellar ionic channels for all-in-one gel flexible supercapacitor

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