超越组合化学：通过路径工程优化固态复合聚合物电解质中的离子传输

《Journal of the American Chemical Society》：Beyond Composition: Optimizing Ion Transport in Solid-State Composite Polymer Electrolytes through Pathway Engineering

离子传输受聚合物链连接性的调控机制研究。通过蒙特卡洛模拟发现纳米粒子排斥作用增强链连接性，实验证实其使聚氧化乙烯/二氧化硅复合电解质室温离子电导率提升5倍且活化能降低。揭示连接性重构对离子传输的关键作用。

　　

复合聚合物电解质（CPEs）由聚合物基质和无机纳米颗粒组成，对于固态电池具有很大的潜力。尽管大多数研究关注填料类型和聚合物结构等组成因素，但聚合物配位位点之间的介观尺度连通性是一个关键却尚未充分探索的影响离子传输的因素。在这里，我们利用粗粒化蒙特卡洛模拟研究了配位位点连通性如何控制离子传输。聚合物链的连通性被用作配位位点连通性的代理指标，我们发现具有排斥性的纳米颗粒能够增强链的连通性，尤其是在高重量比和强排斥作用的情况下。结构分析表明，这种增强效应贯穿整个聚合物体系。通过使用由聚环氧乙烷和表面化学性质可调的二氧化硅纳米颗粒组成的CPEs，实验验证了这些预测。含有强排斥性二氧化硅纳米颗粒的CPE在室温下的离子导电性提高了多达5倍，并且在非最佳条件下有效活化能显著降低。我们的发现表明，连通性的重构能够显著增强离子传输，为基于介观尺度连通性控制的CPEs设计提供了新的思路。