烟台大学武文娜课题组 Small：有序离子液晶电解质与柔性器件

2023-11-14 来源：高分子科技

柔性电子材料兼具导体导电性和材料柔韧性，在承受拉伸、弯曲、扭转等机械形变时，材料的电子传输性质得以保留，在可穿戴器件与柔性储能设备等领域有广阔的应用前景。开发具有取向结构的离子传输通道是增强聚合物电解质导电性的有效方法，由双亲小分子自组装形成的液晶体系则被认为是高效离子传输的良好材料。

图1. All-gel flexible supercapacitor的构筑示意图。

近日，烟台大学化学化工学院青年教师武文娜与山东大学郝京诚教授合作报道了一种有序离子液晶电解质并用于全柔性超级电容器（图1）。将两亲性离子液体和低共熔溶剂的独特性质与液晶中高度有序的微观结构相结合，即以无序的离子液体作为组装基元，在低共熔溶剂介质中通过自组装形成有序的液晶结构（图2），选择具有高度取向结构的层状液晶作为基体，通过光引发聚合交联，将液晶的取向结构锁定，进而成功制得具有取向结构的凝胶电解质（图3a-b），其中相分离产生的亲水层或离子层形成界限清晰的离子通道，实现了离子的快速传输（图3）。无需使用额外的可伸缩衬底或隔膜，与凝胶电极组装形成全凝胶一体化柔性器件，极大减弱了电极与电解质的界面电阻。这种新颖的结构组成、简单的构筑方法、稳定的机械性能以及优良的电化学性能使柔性超级电容器具有真正可穿戴应用的前景。该工作以“Liquid crystal electrolyte with lamellar ionic channels for all-in-one gel flexible supercapacitor”为题，发表在国际权威期刊《Small》上，（Small 2023, 2305463）。文章第一作者兼通讯作者是烟台大学化学化工学院青年教师武文娜。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东省青年泰山计划的资助。

图2. VC_nIMBr-DES混合物相行为的调控。

图3. 液晶取向结构锁定及凝胶电解质的性能。

图4. 凝胶电极的制备及性能表征。

该工作是课题组近期关于有序聚集体结构调控与电化学研究的最新进展之一。双亲分子的一个典型特征是自发的聚集行为，其有序聚集体形貌种类多样，按照热力学稳定性可大致分为均相体系和多相体系两大类。均相体系中常见的聚集体包括胶束、囊泡、溶致液晶、微乳液等；多相体系中常见的聚集体包括乳液、凝胶、泡沫等。由于其内部具有高度有序的自组装结构，作为高效的电子或离子传输体系受到了越来越多的关注。在过去的两年中，该课题组制备了一系列基于乳液或乳液自组装制备的凝胶软材料、气凝胶（Chem. Eng. J., 2022, 446, 137328，J. Colloid Interface Sci., 2022, 625, 446-456）或有序结构电极材料（ACS Cent. Sci., 2021, 7, 1611-1621），这类软材料具有精确的多孔或取向结构，为电子或离子的自由传输提供通道。

原文链接：http://s.dic.cool/S/s7hrRNEY

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

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（责任编辑：xu）

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