麻省理工JACS：具有高度解离阴离子通道的层状离子烯为阳离子运输提供较低的屏障

固体聚合物电解质有潜力实现更安全、能量密度更高的电池；然而，要实现这一目标，还需要更深入地了解它们的离子传导机制，以及如何通过分子设计来优化它们。

在此，麻省理工学院Jeremiah A. Johnson、Yang Shao-Horn等人研究了阴离子解离能对固体聚合物电解质中离子传导的影响，通过使用无环二烯(ADMET)聚合制备了一类新型离子烯，高度解离的液晶氟化芳酰磺酰亚胺标记(“快速”)阴离子单体。这些离子烯与不同的阳离子(Li⁺， Na⁺， K⁺和Cs⁺)形成有序的片层，其热稳定性可达180°C，并具有与阳离子大小相关的畴间距，提供了与解离性FAST阴离子通道。

此外，通过电化学阻抗谱 (EIS) 和差示扫描量热法 (DSC) 实验以及微动弹性带 (NEB) 计算表明，这些材料中的阳离子运动通过离子跳跃机制进行。此外，在这些材料中添加阳离子配位溶剂可以使离子电导率提高＞1000倍。这项工作表明，分子设计可以促进解离性阴离子通道的可控形成，从而显著增强离子传导。

图1. 具有各种阳离子（M）的 pFAST-C20-M 聚合物的固态结构和热表征

具体而言，该工作利用高度解离、易于SNAr功能化，并能够在固态下形成通道结构的对称FAST-C阴离子生成用于ADMET聚合的新型二烯单体FAST-C20。FAST-C20表现出高度的自组装倾向，形成多种不同的热响应液晶相。聚合后，所得离子烯“pFAST-C20-M”形成高度有序的层状材料。

由于其有序结构和解离阴离子，pFAST-C20-M聚合物显示出最高的总体离子电导率和最低的离子传导活化能。总之该工作表明阴离子分子设计可以调整阴离子跳跃位点之间的连接性和距离，以进一步提高固态聚合物电解质离子电导率并降低活化能。

图2. pFAST-C20-M离子烯的离子电导率

Lamellar Ionenes with Highly Dissociative, Anionic Channels Provide Lower Barriers for Cation Transport, Journal of the American Chemical Society 2023 DOI:10.1021/jacs.3c05053

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麻省理工JACS：具有高度解离阴离子通道的层状离子烯为阳离子运输提供较低的屏障

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