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  聚離子液體是以離子液體為重復單元的一類聚電解質(zhì)，兼具離子液體的獨特性質(zhì)和高分子的力學性能，具有電導率高、電化學窗口寬、揮發(fā)性低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，有望用于開發(fā)高性能柔性電解質(zhì)及相關柔性電子設備。因此研究聚離子液體凝膠電解質(zhì)的合成及其性能具有重要意義。

  基于上述背景，北京大學化學與分子工程學院翟茂林教授課題組采用γ射線輻射方法，以1-乙烯基-3-烷基咪唑六氟磷酸鹽(C_nvimPF₆)為單體，1,1''-(1,6亞己基)-雙(3-乙烯基咪唑)六氟磷酸鹽為交聯(lián)劑，混合碳酸酯為溶劑制備得到有機聚離子液體凝膠(PC_nvimPF₆)，并研究了其輻射聚合、交聯(lián)的規(guī)律，咪唑陽離子單體中的烷基鏈越長越有利于交聯(lián)反應 (圖1)。熱重分析(圖2)表明形成凝膠電解質(zhì)后，凝膠電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性有了明顯提高。

圖1  PC_nvimPF₆ 的凝膠分數(shù)及平衡溶脹度與吸收劑量的關系

圖2  (a) PC₆vimPF₆ 干凝膠; (b) PC₁₂vimPF₆ 干凝膠; (c) PC₁₂vimPF₆ 凝膠; (d) PC₆vimPF₆ 凝膠; (e) 混合碳酸酯溶劑的TGA曲線

  在此基礎上，在單體溶液中加入六氟磷酸鋰，一步輻射法制備得到親脂性的PC_nvimPF₆-LiPF6凝膠電解質(zhì)(PC_nvimPF₆-Li GPE)(圖3)。

圖3  PC_nvimPF₆-Li GPE的合成示意圖

  輻射合成的PC_nvimPF₆-Li GPE具有良好的力學性能和高離子電導率，通過改變單體側(cè)鏈長度，單體及交聯(lián)劑濃度可優(yōu)化合成凝膠的性能。提高烷基側(cè)鏈長度，單體濃度及交聯(lián)劑濃度有利于提高合成凝膠的力學性能(圖4)，減小單體濃度有利于提高電導率, 而交聯(lián)劑濃度影響不大(圖5)。研究表明，PC_nvimPF₆-Li GPE的力學性能主要與交聯(lián)密度有關，而電導率主要與聚離子液體網(wǎng)絡、可移動離子和包含溶劑的比例有關。

圖 4  單體濃度及交聯(lián)劑含量對PC_nvimPF₆-Li GPE力學性能的影響

圖5  單體濃度及交聯(lián)劑含量對PC_nvimPF₆-Li GPE電導率的影響

  李幸曉碩士研究生是該論文的第一作者，翟茂林教授為通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(基金號11375019)的資助。

  論文鏈接：http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2017.17210