崔光磊团队，最新ACS Energy Letters！

基于阴离子离聚物的单阳离子导体对于电池高能量密度仍具吸引力，但实际受到较差阳离子迁移率的限制。迄今为止，只有通过复杂的合成将高电荷离域阴离子与柔性链段整合，才能获得一定的导电性。

在此，中国科学院青岛能源所崔光磊团队通过独立于单极增塑剂的温和离聚物-（双极性）配体共晶化学将容易获得的磺化离聚物（本身很难传导阳离子）转化为单阳离子导体。

将其引入的固体双极性配体中依靠局部阳离子溶剂化和专门的阴离子键合来解离阳离子-阴离子对，同时不增塑刚性聚苯乙烯主链。这种共晶相互作用扩大了富离子相分离域，为低势垒阳离子沿不稳定配位点迁移提供转移通道，从而将离子传输与聚合物动力学解耦。

具体而言说，仅使用适度剂量的配体，含有各种阳离子的简单聚苯乙烯磺酸盐的最大电导率超过 10^–5 S cm^–1（对于 Li⁺、Na⁺、Zn²⁺ 和 Mg²⁺），比原始离聚物增加至少4个数量级。

图1. “离聚物共晶”SIC 的设计理念

总之，该工作将双极性配体整合到未修饰的离聚物中，独立于单极性增塑剂，首次展示了一种新的聚合物-离子-配体三元共晶化学，并将共晶相互作用从小分子盐扩展到聚合盐。

通过简单的阴离子氢键引入额外的能量补偿，这种“离聚物共晶”系统赋予不稳定的阳离子-阴离子相互作用，并通过独立于离聚物的内置局部离子通道激发快速单阳离子传导分段动态。

因此，该种策略为使用市售离聚物材料开发碳化硅提供了机会。通过仔细设计功能配体并考虑与其他阴离子结合模式，可进一步改善电池的离子电导率和稳定性。

图2. 电池性能

Eutectic Impetus for Single-Cation Conduction in Unadorned Sulfonated Ionomers， ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01545

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