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煙臺大學武文娜課題組 Small：有序離子液晶電解質與柔性器件

2023-11-14 來源：高分子科技

柔性電子材料兼具導體導電性和材料柔韌性，在承受拉伸、彎曲、扭轉等機械形變時，材料的電子傳輸性質得以保留，在可穿戴器件與柔性儲能設備等領域有廣闊的應用前景。開發具有取向結構的離子傳輸通道是增強聚合物電解質導電性的有效方法，由雙親小分子自組裝形成的液晶體系則被認為是高效離子傳輸的良好材料。

圖1. All-gel flexible supercapacitor的構筑示意圖。

近日，煙臺大學化學化工學院青年教師武文娜與山東大學郝京誠教授合作報道了一種有序離子液晶電解質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與液晶中高度有序的微觀結構相結合，即以無序的離子液體作為組裝基元，在低共熔溶劑介質中通過自組裝形成有序的液晶結構（圖2），選擇具有高度取向結構的層狀液晶作為基體，通過光引發聚合交聯，將液晶的取向結構鎖定，進而成功制得具有取向結構的凝膠電解質（圖3a-b），其中相分離產生的親水層或離子層形成界限清晰的離子通道，實現了離子的快速傳輸（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的界面電阻。這種新穎的結構組成、簡單的構筑方法、穩定的機械性能以及優良的電化學性能使柔性超級電容器具有真正可穿戴應用的前景。該工作以“Liquid crystal electrolyte with lamellar ionic channels for all-in-one gel flexible supercapacitor”為題，發表在國際權威期刊《Small》上，（Small 2023, 2305463）。文章第一作者兼通訊作者是煙臺大學化學化工學院青年教師武文娜。該研究得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金和山東省青年泰山計劃的資助。

圖2. VC_nIMBr-DES混合物相行為的調控。

圖3. 液晶取向結構鎖定及凝膠電解質的性能。

圖4. 凝膠電極的制備及性能表征。

該工作是課題組近期關于有序聚集體結構調控與電化學研究的最新進展之一。雙親分子的一個典型特征是自發的聚集行為，其有序聚集體形貌種類多樣，按照熱力學穩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。由于其內部具有高度有序的自組裝結構，作為高效的電子或離子傳輸體系受到了越來越多的關注。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）或有序結構電極材料（ACS Cent. Sci., 2021, 7, 1611-1621），這類軟材料具有精確的多孔或取向結構，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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（責任編輯：xu）

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